中國科學家驗證自由電子鐳射裝置可大幅＂瘦身＂

新華社上海7月22日電(記者周琳 董瑞豐)記者22日從中國科學院上海光學精密機械研究所獲悉，該所研究團隊通過實驗首次實現了基於鐳射加速器的自由電子鐳射放大輸出，在國際上率先完成了臺式化自由電子鐳射原理的實驗驗證，對於發展小型化、低成本自由電子鐳射器具有重大意義。相關研究成果於2021年7月22日作為封面文章發表于《自然》雜誌。

目前，世界上已經建好、正在運行的X射線自由電子鐳射裝置只有8台，主要基於傳統加速器對電子束進行加速，全部是需要綿延公里量級的大科學裝置。此次中國科學團隊採用鐳射加速器的全新方式，從實驗層面證實，這一裝置規模可以縮短至十米量級。

"打比方說，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；我們採取鐳射加速這一全新方式，可以短距離內把電子束加速至高速度，好比是在航空母艦上彈射`戰鬥機`，大大縮短所需距離。"項目主要完成人、中科院上海光機所研究員王文濤說。

2004年,《自然》雜誌曾發文，國際上首次實驗驗證可以利用超強超短鐳射驅動尾波場電子加速，產生具有一定品質的電子束，被稱為"夢之束"。中科院上海光機所副所長冷雨欣說，此次團隊在前述研究上進一步突破，證實了鐳射驅動的可用、可控電子束，能用於研製臺式化的自由電子鐳射裝置，"相當於從燧發槍升級到了狙擊槍，電子束打得更快、更准"。

自由電子鐳射是實現X射線波段高亮度相干光源的迄今最佳技術途徑，可以極大促進表面物理、半導體物理、凝聚態物理、化學、結構生物學、醫學、材料、能源、環境等多學科的發展。問及目前應用領域，王文濤說，這是在基礎研究領域面向應用邁出的第一步，實現的是0到1的原始性突破，到真正應用還有一段距離。