| 중국 Echo-Enabled Harmonic Generation 자유전자레이저 자극증폭 실현 | ||
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 중국과학원 상해응용물리연구소의 자유전자레이저 연구진이 세계 최초로 메아리 고조파(Echo-Enabled Harmonic Generation) 자유전자레이저의 자극을 받아 증폭을 실현하였고, 연구논문이 Nature Photonics에 표지논문으로 실렸다(Z.T. Zhao et al., Nature Photonics 6, 360 (2012)). 이 학술지의 같은 호에는 과제책임자를 맡고 있는 자오전탕(赵振堂)연구원을 인터뷰한 내용도 동시에 실렸다. 이는 자유전자 레이저라는 최신 원리를 이용해 실험을 통해 검증된 중요한 성과가 현재 그리고 향후 자유전자 레이저의 발전에 있어서 중요한 의미를 지니며 영향력 있는 연구로서 시사성을 갖는다. 고이득(high gain)자유전자 레이저는 성능이 우수한 제4세대 광원으로, 최근 십몇년간 발전해온 최신 광원에 속하는데, 최대 밝기가 제3세대 같은 급의 방사광원보다 10등급 이상 밝고 펄스 길이가 3~4등급 정도 짧으며, 간섭성이 있다. 지금까지 발표된 high gain 자유전자 레이저의 주요 작업원리를 다음의 몇가지로 분류할 수 있다. 유형1. 자체증폭 자발방사(Self-Amplified Spontaneous Emission，SASE）원리, -2000년 미국 Argonne 국립 연구소에서 실험에 성공(S. Milton et al., Science 292, 2037 (2001) 유형2. high gain 고조파 발생(High Gain Harmonic Generation，HGHG) 원리, -2000년 미국 Brookhaven 국립 연구소에서 실험을 통해 검증(L.H. Yu et al., Science289, 932 (2000), Phys. Rev. Lett. 91, 074801 (2003)) 유형3. 직접 시딩형(Direct Seeding) 원리, -2008년 전후로 프랑스와 일본이 RIKEN/SPring-8실험실에서 공동으로 실험을 통해 검증(G. Lambert, T. Hara et al. Nature Physics 4, 296(2008)) 유형4. 메아리형 고조파발생 (Echo-Enabled Harmonic Generation，EEHG) 원리, -미국 SLAC연구소의 G. Stupakov박사가 2008년에 제출(G. Stupakov, Phys. Rev. Lett. 102, 074801 (2009)) 그 중 유형4의 새로운 자유전자 레이저 원리의 탁월한 장점은 매우 작은 에너지를 제어해서도 매우 높은 고차원 고조파를 발생할 수 있는데, 시딩형 자유전자레이저를 X선 대역으로 확장이 가능한 전혀 새로운 경로를 개척한 것으로, 국제 학술계의 주목을 받았고, 그동안 이론연구, 방안설계와 실험연구가 수행되어왔다. 2010년 상해응용물리연구소와 SLAC연구소가 각각 EEHG 제어메커니즘과 방사에 관한 실험연구에 착수하였다(Z.T. Zhao, D. Wang, et al., Proc. FEL 2010, 15–19 (2010)；D. Xiang et al., Phys. Rev. Lett. 105, 114801 (2010)). 자유전자 레이저라는 새로운 원리가 검증되면서 차세대 대형 자유전자레이저과학실험장치가 잇달아 등장되고 있다. SASE원리 기반의 FLASH 소프트 X선 자유전자레이저(독일 DESY, 2006), LCLS 하드 X선 자유전자레이저(미국 SLAC, 2009)와 SACLA 하드 X선 자유전자레이저(일본 RIKEN/SPring-8，2011)를 각각 건설하였고, 이밖에 European XFEL（독일 DESY）, PAL XFEL（한국 PAL）와 SwissFEL（스위스 PSI）등도 건설중에 있다. HGHG 원리기반의 FERMI 완전 간섭성 소프트 X선 자유전자레이저(이태리 ELETTRA，2011)도 이미 준공되었고, 중국의 X선 FEL시험장치인 SXFEL와 대련 극자외선 간섭성 광원 DCLS 등도 설계와 건설중에 있다. 이미 준공된 자유전자레이저 사용자장치를 활용해 물리, 화학, 생물, 에너지, 재료, 환경 등 다양한 분야의 세계 일류의 과학자들이 선행연구를 활발히 수행중에 있다. EEHG 새로운 원리의 검증에 성공함에 따라 미래 완전 간섭성 X선 자유전자레이저의 전혀 새로운 기술로드맵을 개척하게 될 것으로 예상된다. 세계 최신 설계한 자유전자 레이저가운데 LCLS-II, NGLS와 SwissFEL 등을 포함하여 EEHG원리에 기반한 소프트 X선 빔의 설계를 토론하기 시작하였다. 중국 상해응용물리연구소는 이 원리를 우선 SXFEL에 응용시킴으로써 국가 완전 간섭성 소프트 X선 광원을 토대로 하는 대형 과학연구기반을 제공해기 위해 힘쓰고 있다. 정보출처 : http://lssf.cas.cn/ywdt/201206/t20120604_3590197.html |
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