上海光機所完成了“台式化”自由電子激光原理的實驗驗證_風聞

該成果於北京時間7月22日凌晨作為封面文章發表於Nature（《自然》雜誌）上　中國科學院上海光學精密機械研究所 供圖

中新網上海7月22日電 (鄭瑩瑩 孫自法)中國科學院上海光學精密機械研究所的科研人員“十年磨一劍”，在國際上率先完成了“台式化”自由電子激光原理的實驗驗證，對發展小型化、低成本自由電子激光器具有重大意義，相關研究成果於北京時間7月22日凌晨作為封面文章發表於Nature(《自然》雜誌)上。項目主要完成人、中國科學院上海光學精密機械研究所研究員王文濤説，可以將X射線自由電子激光比作一台“X射線照相機”，它的快門(即：超快時間分辨)、分辨率(即：超高空間分辨)、曝光量(即：超強峯值亮度)十分先進，可用於探測物質內部動態結構和研究光與原子、分子和凝聚態物質的相互作用過程，極大地促進物理、化學、結構生物學、醫學、材料、能源、環境等多學科的發展。目前世界上已建好、正在運行的X射線自由電子激光裝置僅有8台。由於其規模大，造價昂貴，難以快速普及。因此，研製小型化、低成本的X射線自由電子激光是重要的發展方向，對於拓展應用和產生變革型技術極其重要。王文濤介紹，就如計算機是從大型慢慢演化到台式一樣，國際上從2006年就開始自由電子激光的“台式化”研究，中國科學院上海光學精密機械研究所從2012年啓動相關項目研究，是中國國內第一家。中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室的研究團隊通過顯著提升激光尾波場加速的電子束品質，並結合創新設計的緊湊型束流傳輸與輻射系統，在實驗上首次實現了基於激光加速器的自由電子激光放大輸出，也即在國際上率先完成了“台式化”自由電子激光原理的實驗驗證。中國科學院上海光學精密機械研究所副所長冷雨欣指出，這個研究的核心在於用非常強的光場，產生非常強的電場，這個電場比傳統加速器高3至4個數量級，使帶電粒子在很短尺度內就能加速到傳統加速器加速幾公里才能達到的水平，“這件事的難度在於該加速技術面臨諸多困難，難以有效控制，這就像踢球一樣，有時遠、有時近，我們相當於要精確控制踢球的速度和力量。”據介紹，“台式化”可以將綿延1公里的大科學裝置長度縮短至十幾米，縮小了百倍。冷雨欣説，目前該突破性進展還屬於基礎研究驗證階段，離真正工程應用還有一定距離。據介紹，未來，該研究團隊將進一步提升自由電子激光的輸出功率和光子能量，並將其作為上海超強超短激光實驗裝置(“羲和”激光裝置)中的超快化學與大分子動力學研究平台的重要組成部分，提供開放共享。(完)

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