我们的科学家完成了小自由电子激光器原理的实验验证

光是我们认识世界的重要媒介。人类能看到的光只是光谱中的一小部分。除了可见光，还有各种波长的电磁波。虽然它们不能直接帮助我们用肉眼观察多彩的世界，但它们都有着不可替代的用途，其中X射线就是一个典型的代表。

《自然》年7月21日，发表封面文章，介绍中国科学家在小型化X射线自由电子激光器研究方面取得的突破。中国科学院上海光学与精细力学研究所的研究人员，通过显著提高激光尾迹场加速电子束的质量，结合紧凑型束流传输与辐射系统的创新设计，首次实现了基于激光加速器的自由电子激光放大输出。典型的激光波长为27纳米，最短激光波长可达10纳米，单脉冲能量可达100纳焦。

“该研究在国际上首次完成了桌面自由电子激光器原理的实验验证，对小型化、低成本自由电子激光器的发展具有重要意义。”王，中国科学院上海光学与力学研究所研究员。自由电子激光是一种全新的高亮度X射线源，可用于探测物质的内部动态结构，研究光与原子、分子和凝聚态物质的相互作用过程。

自由电子激光的出现极大地促进了表面物理、半导体物理、凝聚态物理、化学、结构生物学、医学、材料、能源和环境等学科的发展。“发展小型化、低成本的X射线自由电子激光器已成为一个重要的发展方向，这对拓展应用、产生转化技术极其重要。”王强调。

超强超短激光驱动的尾波场电子加速机制，可以提供比射频电子加速器高3个数量级以上的超高加速梯度，因此成为发展小型化高能电子加速器的主要技术路线。

自2004年以来，美、法、英等国科学家首次在激光尾迹场的电子加速方面取得突破，激光尾迹场加速器驱动的小型化自由电子激光器，特别是X射线波段的自由电子激光器，成为科学家在该领域追求的前沿。

王介绍，近年来激光尾波场加速研究取得了很多重要进展，但对于驱动自由电子激光器而言，无论是电子束质量还是稳定性都还存在很多问题和挑战，相关研究还处于起步阶段。多年来，上海光学力学研究所的研究团队一直致力于提高激光加速电子束的质量和稳定性。努力是有回报的，研究团队终于首次成功观测到了极紫外波段的辐射信号。典型的辐射波长为27 nm，单脉冲辐射能量可达150 NJ。通过轨道迁移和自发辐射校准，证明了波荡器末级的能量增益高达100倍。

“这是世界上首次基于激光电子加速器实现极紫外波段的自发辐射放大输出。”王强调。同行专家高度赞扬了这项工作。“这一成果是自2004年《自然》‘梦光束’报告以来，激光尾波领域又一里程碑式的成就.毫无疑问，科学成就是杰出的.这一里程碑将为新的应用创造新的可能性……”".作者的作品是一流的，让最广泛的相关读者能够欣赏到实验研究团队所取得的成果。

未来，研究团队将进一步提升自由电子激光的输出功率和光子能量，并将这一研究成果作为上海超短激光实验装置(“xi禾”激光装置)超快化学和大分子动力学研究平台的重要组成部分，实现开放共享。