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自由电子激光装置可大幅“瘦身”

  本报上海7月26日电  (记者吴月辉、黄晓慧)记者从中国科学院上海光学精密机械研究所获悉:强场激光物理国家重点实验室利用自行研制的超强超短激光装置,在国际上率先完成台式化自由电子激光原理的实验验证,对于发展小型化、低成本的自由电子激光器具有里程碑意义,相关研究成果于7月22日作为封面文章发表于国际学术期刊《自然》杂志。

  X射线自由电子激光被广泛用于探测物质内部动态结构,研究光与原子、分子和凝聚态物质的相互作用过程,在物理、化学、结构生物学、医学、材料、能源、环境等多学科领域广泛运用。然而,传统的X射线自由电子激光装置动辄几百米、甚至是几公里长的“庞大”规模,造价昂贵、难以普及。研制小型化、低成本的X射线自由电子激光成为该领域重要的发展方向。

  该成果的主要完成人、中科院上海光机所研究员王文涛表示,我们的工作是利用新技术把电子加速器的长度缩短,并且把电子束做到稳定、可用,来研制体积小、成本低的自由电子激光器,整个装置长度仅为12米。“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,大大缩短所需距离。”王文涛说。

  “该项研究不仅证明了激光可以加速产生可控的、可用的电子束,而且电子束可以进一步用于产生自由电子激光。”中科院上海光机所副所长、强场激光物理国家重点实验室主任冷雨欣说。

  用这种加速方式获得的电子束,在品质和稳定性方面尚未达到实际应用的要求,相关研究处于起步阶段,到真正应用还有一段距离。下一步,研究团队将继续提升自由电子激光的输出功率和光子能量,并作为上海超强超短激光实验装置中超快化学与大分子动力学研究平台的重要组成部分,提供开放共享。

  《 人民日报 》( 2021年07月27日 13 版)