সম্পূর্ণ সুসংগত মুক্ত ইলেকট্রন লেজারের গবেষণায় অগ্রগতি সাধিত হয়েছে।

চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস-এর ফ্রি ইলেকট্রন লেজার টিম সম্পূর্ণ সুসংগত ফ্রি ইলেকট্রন লেজারের গবেষণায় অগ্রগতি সাধন করেছে। সাংহাই সফট এক্স-রে ফ্রি ইলেকট্রন লেজার ফ্যাসিলিটির উপর ভিত্তি করে, চীন কর্তৃক প্রস্তাবিত ইকো হারমোনিক ক্যাসকেড ফ্রি ইলেকট্রন লেজারের নতুন প্রক্রিয়াটি সফলভাবে যাচাই করা হয়েছে এবং চমৎকার কর্মক্ষমতা সম্পন্ন সফট এক্স-রে সুসংগত বিকিরণ লাভ করা গেছে। সম্প্রতি, এই ফলাফলগুলো ‘Coherent and ultra-short soft X-ray pulses from echo-enabled harmonic cascade free electron lasers’ শিরোনামে অপটিকা (Optica) জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে।

এক্স-রে ফ্রি ইলেকট্রন লেজার বিশ্বের অন্যতম উন্নত আলোক উৎস। বর্তমানে, বেশিরভাগ আন্তর্জাতিক এক্স-রে ফ্রি ইলেকট্রন লেজার সেলফ-অ্যাম্পলিফাইং স্পন্টেনিয়াস এমিশন (SASE) পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে তৈরি। SASE-এর অত্যন্ত উচ্চ পিক ব্রাইটনেস, ফেমটো লেভেলের অতি-সংক্ষিপ্ত পালস প্রস্থ এবং অন্যান্য চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে, কিন্তু SASE-তে নয়েজের কারণে কম্পন হয়, এর বিকিরণ পালসের কোহেরেন্স এবং স্থিতিশীলতা উচ্চ মানের নয়, তাই এটি এক্স-রে ব্যান্ডের "লেজার" নয়। আন্তর্জাতিক ফ্রি ইলেকট্রন লেজার ক্ষেত্রের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ উন্নয়নের দিক হলো প্রচলিত লেজারের গুণমান বজায় রেখে সম্পূর্ণ কোহেরেন্ট এক্স-রে বিকিরণ তৈরি করা, এবং এর একটি গুরুত্বপূর্ণ উপায় হলো এক্সটার্নাল সীড ফ্রি ইলেকট্রন লেজার অপারেটিং মেকানিজম ব্যবহার করা। এক্সটার্নাল সীড ফ্রি ইলেকট্রন লেজারের বিকিরণ সীড লেজারের বৈশিষ্ট্য ধারণ করে এবং এতে সম্পূর্ণ কোহেরেন্স, ফেজ নিয়ন্ত্রণ এবং এক্সটার্নাল পাম্প লেজারের সাথে নির্ভুল সিঙ্ক্রোনাইজেশনের মতো চমৎকার বৈশিষ্ট্য রয়েছে। তবে, সীড লেজারের তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং পালস প্রস্থের সীমাবদ্ধতার কারণে, এক্সটার্নাল সীড ফ্রি ইলেকট্রন লেজারের স্বল্প তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসর এবং পালস দৈর্ঘ্য সমন্বয়ের পরিসীমা সীমিত। এক্সটার্নাল সীড ফ্রি ইলেকট্রন লেজারের স্বল্প তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসর আরও প্রসারিত করার লক্ষ্যে, সাম্প্রতিক বছরগুলোতে বিশ্বে ইকো হারমোনিক জেনারেশনের মতো নতুন ফ্রি ইলেকট্রন লেজার অপারেটিং মোডগুলো জোরেশোরে বিকশিত হচ্ছে।

চীনে উচ্চ গেইন সম্পন্ন ফ্রি ইলেকট্রন লেজার বিকাশের অন্যতম প্রধান প্রযুক্তিগত পথ হলো এক্সটার্নাল সিড ফ্রি ইলেকট্রন লেজার। বর্তমানে, চীনের চারটি উচ্চ গেইন সম্পন্ন ফ্রি ইলেকট্রন লেজার ডিভাইসই এক্সটার্নাল সিড অপারেশন মোড গ্রহণ করেছে। সাংহাই ডিপ আল্ট্রাভায়োলেট ফ্রি ইলেকট্রন লেজার ফ্যাসিলিটি এবং সাংহাই সফট এক্স-রে ফ্রি ইলেকট্রন লেজার ফ্যাসিলিটির উপর ভিত্তি করে, বিজ্ঞানীরা ধারাবাহিকভাবে প্রথম আন্তর্জাতিক ইকো টাইপ ফ্রি ইলেকট্রন লেজার লাইট অ্যামপ্লিফিকেশন এবং প্রথম এক্সট্রিম আল্ট্রাভায়োলেট ইকো টাইপ ফ্রি ইলেকট্রন লেজার স্যাচুরেশন অ্যামপ্লিফিকেশন অর্জন করেছেন। এক্সটার্নাল সিড ফ্রি ইলেকট্রন লেজারকে স্বল্প তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আরও উন্নত করার লক্ষ্যে, গবেষক দল স্বাধীনভাবে ইকো হারমোনিক ক্যাসকেড সহ সম্পূর্ণ কোহেরেন্ট ফ্রি ইলেকট্রন লেজারের একটি নতুন প্রক্রিয়া প্রস্তাব করে, যা সাংহাই সফট এক্স-রে ফ্রি ইলেকট্রন লেজার ডিভাইসে মৌলিক পরিকল্পনা হিসেবে গৃহীত হয় এবং সফট এক্স-রে ব্যান্ডে নীতি যাচাই থেকে শুরু করে লাইট অ্যামপ্লিফিকেশন পর্যন্ত সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি সম্পন্ন করা হয়। গবেষণার ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, প্রচলিত এক্সটার্নাল সীড টাইপ রানিং মেকানিজমের তুলনায় এই মেকানিজমটির অত্যন্ত উৎকৃষ্ট স্পেকট্রাল বৈশিষ্ট্য রয়েছে। গবেষকদের স্বাধীনভাবে উদ্ভাবিত আল্ট্রাফাস্ট এক্স-রে পালস ডায়াগনোসিস প্রযুক্তি (https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.01.027) গ্রহণের মাধ্যমে, পালস দৈর্ঘ্য নিয়ন্ত্রণ এবং আল্ট্রাফাস্ট পালস উৎপাদনে এই নতুন মেকানিজমটির উন্নততর কার্যকারিতা আরও যাচাই করা হয়েছে। এই প্রাসঙ্গিক গবেষণার ফলাফল সাবন্যানোমিটার ব্যান্ডে সম্পূর্ণ কোহেরেন্ট ফ্রি ইলেকট্রন লেজার তৈরির জন্য একটি কার্যকর প্রযুক্তিগত পথ দেখায় এবং এটি এক্স-রে নন-লিনিয়ার অপটিক্স ও আল্ট্রাফাস্ট ফিজিক্যাল কেমিস্ট্রি ক্ষেত্রে একটি আদর্শ গবেষণা উপকরণ হিসেবে কাজ করবে।

ইকো হারমোনিক ক্যাসকেড ফ্রি ইলেকট্রন লেজারের চমৎকার বর্ণালী কর্মক্ষমতা রয়েছে: বাম দিকের চিত্রটি প্রচলিত ক্যাসকেড মোড এবং ডান দিকের চিত্রটি ইকো হারমোনিক ক্যাসকেড মোড।

ইকো হারমোনিক ক্যাসকেডের মাধ্যমে এক্স-রে পালসের দৈর্ঘ্য সমন্বয় এবং অতি দ্রুত পালস তৈরি করা সম্ভব।