圖說：相干能量調(diào)制的自放大機(jī)制原理圖 采訪對象供圖

近日，中國科學(xué)院上海高等研究院和中科院上海應(yīng)用物理研究所自由電子激光團(tuán)隊(duì)在外種子自由電子激光研究方面取得重要進(jìn)展，理論提出了一種相干能量調(diào)制的自放大機(jī)制，并且基于上海軟X射線自由電子激光裝置，完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明，這種新機(jī)制可以極大降低對外種子激光的功率需求，解決了外種子自由電子激光通往高重復(fù)頻率運(yùn)行的關(guān)鍵問題。相關(guān)成果發(fā)表在知名物理學(xué)期刊《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。

自由電子激光利用相對論電子束產(chǎn)生具有極高亮度的飛秒至阿秒級X射線脈沖，目前已經(jīng)成為原子分子物理、材料科學(xué)和生命科學(xué)等許多領(lǐng)域的關(guān)鍵工具。外種子自由電子激光利用外部種子激光對電子束團(tuán)引入相干能量調(diào)制，從而產(chǎn)生高穩(wěn)定性、全相干的自由電子激光脈沖。然而，現(xiàn)有運(yùn)行模式對種子激光的性能需求，尤其是高峰值功率需求，成為外種子自由電子激光通往高重復(fù)頻率運(yùn)行的瓶頸。

在這項(xiàng)研究中，科研人員提出通過增加電子束團(tuán)的自調(diào)制將外部種子激光的峰值功率需求降低1-2個(gè)量級。同時(shí)，利用上海軟X射線自由電子激光裝置已經(jīng)具備的硬件條件，成功演示了對種子激光峰值功率需求10-25倍的放松。這是目前國際上“工作諧波/激光調(diào)制”效率最高的外種子自由電子激光放大結(jié)果。該結(jié)果為兆赫茲級重復(fù)頻率的外種子自由電子激光鋪平了道路，有望為時(shí)間分辨譜學(xué)和極紫外光刻等技術(shù)帶來新的突破。

自放大機(jī)制在上海軟X射線自由電子激光裝置的成功實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，對當(dāng)前及未來自由電子激光等大科學(xué)裝置的發(fā)展具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。目前國際上，歐洲自由電子激光、美國直線加速器相干光源二期、上海硬X射線自由電子激光等一批超導(dǎo)加速器驅(qū)動(dòng)的高重復(fù)頻率自由電子激光裝置正在建設(shè)或投入運(yùn)行。自放大機(jī)制可以成為連續(xù)波超導(dǎo)加速器驅(qū)動(dòng)的下一代外種子型光源的標(biāo)準(zhǔn)模式，除此之外，相干能量調(diào)制的自放大機(jī)制在提升外種子自由電子激光穩(wěn)定性、增強(qiáng)群聚因子、拓展工作波長及超快脈沖產(chǎn)生等方面有著重要的潛在應(yīng)用前景。