我国科学家验证自由电子激光装置可大幅“瘦身”

我国科学家验证自由电子激光装置可大幅“瘦身”

新华社上海7月22日电(记者周琳 董瑞丰)记者22日从中国科学院上海光学精密机械研究所获悉,该所研究团队通过实验首次实现了基于激光加速器的自由电子激光放大输出,在国际上率先完成了台式化自由电子激光原理的实验验证,对于发展小型化、低成本自由电子激光器具有重大意义。相关研究成果于2021年7月22日作为封面文章发表于《自然》杂志。

目前,世界上已经建好、正在运行的X射线自由电子激光装置只有8台,主要基于传统加速器对电子束进行加速,全部是需要绵延公里量级的大科学装置。此次我国科学团队采用激光加速器的全新方式,从实验层面证实,这一装置规模可以缩短至十米量级。

“打比方说,电子束加速需要‘跑道’,传统方式相当于客机起飞,需要长跑道;我们采取激光加速这一全新方式,可以短距离内把电子束加速至高速度,好比是在航空母舰上弹射‘战斗机’,大大缩短所需距离。”项目主要完成人、中科院上海光机所研究员王文涛说。

2004年,《自然》杂志曾发文,国际上首次实验验证可以利用超强超短激光驱动尾波场电子加速,产生具有一定品质的电子束,被称为“梦之束”。中科院上海光机所副所长冷雨欣说,此次团队在前述研究上进一步突破,证实了激光驱动的可用、可控电子束,能用于研制台式化的自由电子激光装置,“相当于从燧发枪升级到了狙击枪,电子束打得更快、更准”。

自由电子激光是实现X射线波段高亮度相干光源的迄今最佳技术途径,可以极大促进表面物理、半导体物理、凝聚态物理、化学、结构生物学、医学、材料、能源、环境等多学科的发展。问及目前应用领域,王文涛说,这是在基础研究领域面向应用迈出的第一步,实现的是0到1的原始性突破,到真正应用还有一段距离。