自由電子激光裝置可大幅“瘦身”

本報上海7月26日電 （記者吳月輝、黃曉慧）記者從中國科學院上海光學精密機械研究所獲悉：強場激光物理國家重點實驗室利用自行研製的超強超短激光裝置，在國際上率先完成台式化自由電子激光原理的實驗驗證，對於發展小型化、低成本的自由電子激光器具有里程碑意義，相關研究成果於7月22日作為封面文章發表於國際學術期刊《自然》雜誌。

X射線自由電子激光被廣泛用於探測物質內部動態結構，研究光與原子、分子和凝聚態物質的相互作用過程，在物理、化學、結構生物學、醫學、材料、能源、環境等多學科領域廣泛運用。然而，傳統的X射線自由電子激光裝置動輒幾百米、甚至是幾公里長的“龐大”規模，造價昂貴、難以普及。研製小型化、低成本的X射線自由電子激光成為該領域重要的發展方向。

該成果的主要完成人、中科院上海光機所研究員王文濤表示，我們的工作是利用新技術把電子加速器的長度縮短，並且把電子束做到穩定、可用，來研製體積小、成本低的自由電子激光器，整個裝置長度僅為12米。“打比方説，電子束加速需要‘跑道’，傳統方式相當於客機起飛，需要長跑道；我們採取激光加速這一全新方式，可以短距離內把電子束加速至高速度，大大縮短所需距離。”王文濤説。

“該項研究不僅證明了激光可以加速產生可控的、可用的電子束，而且電子束可以進一步用於產生自由電子激光。”中科院上海光機所副所長、強場激光物理國家重點實驗室主任冷雨欣説。

用這種加速方式獲得的電子束，在品質和穩定性方面尚未達到實際應用的要求，相關研究處於起步階段，到真正應用還有一段距離。下一步，研究團隊將繼續提升自由電子激光的輸出功率和光子能量，並作為上海超強超短激光實驗裝置中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。