主动模式锁控的腔体型 X 射线自由电子激光器的谱控制

硬 X 射线 regime 下精确的谱控制长期以来仍是一个长期存在的挑战，限制了原子尺度科学和超快速光谱学等应用的发展。我们提出了一种基于腔体的主动模式锁定 X 射线自由电子激光器，通过相位锁定脉冲列和comb状光谱实现确定性谱程序化控制，通过相干调制电子束能量实现。三维时序仿真预测总能量为 \SI{700}{\micro\joule}、峰值功率为 \SI{30}{\giga\watt}，且频率comb间距为 \SI{1.55}{\electronvolt}，由调制频率决定。我们进一步通过磁光镜梯度和调制激光调谐实现选择性单线放大，相对精度良好于 $2 \times 10^{-5}$。重要的是，在超过80%的峰峰值腔反射率变化下，稳定的模式锁定仍可持续运行，显著放宽了 X 射线光学器件的要求。这一结果确立了主动模式锁定作为实现完全相干、谱灵活硬 X 射线源的实用路径，为时间分辨核心级光谱学、X 射线量子光学和精密测量学带来了新的机遇。