Лазер на свободных электронах, способный генерировать качественные импульсы жесткого ультрафиолета с длиной волны 32 нм, впервые удалось собрать команде ученых из нескольких институтов Франции и Японии. Примененная в нем технология обещает скорое получение рентгеновских лазерных импульсов с длиной волны 2–4 нм, которые могут совершить революцию в исследованиях биологических структур.

Лазеры на свободных электронах принципиально отличаются от обычных лазеров, в которых фотоны излучаются при скачках электронов между различными энергетическими уровнями. В таких лазерах разогнанный в ускорителе почти до скорости света пучок электронов пролетает вдоль называемой ондулятором гребенки из постоянных магнитов, которые заставляют электроны лететь по волнообразной траектории и генерировать синхротронное излучение. Лазер на свободных электронах - сооружение солидное, длина одного только ондулятора около девяти метров, не говоря уже об ускорителе и прочем оборудовании. В принципе, частота излучения определяется лишь скоростью пучка и параметрами гребенки, однако на практике из-за многочисленных технических трудностей получить от лазера на свободных электронах хорошее когерентное излучение с короткой длиной волны очень трудно.

В новом лазере ученые решили использовать затравочный импульс света, согласованный с движением электронов, так, чтобы лучше "организовать" их синхротронное излучение и к тому же вдвое сократить длину ондулятора. Для этого импульсы инфракрасного титано-сапфирового лазера с длиной волны 800 нм фокусировались в кювету с ксеноном, где благодаря нелинейным эффектам генерировался набор нечетных гармоник основной частоты. После формирования пространственно-временной структуры пучка в сложной оптической системе лазерный импульс попадал вместе с электронами в двухсекционный ондулятор, настроенный на длину волны пятой гармоники - 160 нм.

Ондулятор был изготовлен так, что в нем "посеянные" гармоники эффективно усиливались, причем не только на основной частоте ондулятора, но и на ее гармониках вплоть до пятой. Таким способом удалось получить умножение частоты до 25 раз и импульсы с длинами волн 53 и 32 нм.

Новый лазер способен выдавать качественные импульсы длительностью от десятков до сотен фемтосекунд, которые в десять миллиардов раз ярче обычных синхротронных источников излучения. Ученые уже пробовали в роли затравочного ультрафиолетовый лазер, а к концу года рассчитывают довести длину волны затравочных импульсов до 50–60 нм. А это уже позволяет получить лазерные импульсы в диапазоне мягкого рентгена, которые остро необходимы для изучения биологических объектов.