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軍工航天新聞

我科學(xué)家在小型化自由電子激光研究中取得突破性進(jìn)展

星之球科技 來源:光明日?qǐng)?bào)2021-07-23 我要評(píng)論(0 )   

從中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所獲悉,該所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用自行研制的具有國(guó)際領(lǐng)先綜合性能的超強(qiáng)超短激光裝置,在基于激光加速器的小型化自由電子...

從中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所獲悉,該所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用自行研制的具有國(guó)際領(lǐng)先綜合性能的超強(qiáng)超短激光裝置,在基于激光加速器的小型化自由電子激光研究方面取得突破性進(jìn)展。22日,相關(guān)研究成果作為封面文章發(fā)表于《自然》(Nature)雜志。

自由電子激光是實(shí)現(xiàn)X射線波段高亮度相干光源的迄今最佳技術(shù)途徑,X射線自由電子激光可用于探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和研究光與原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)的相互作用過程,極大促進(jìn)物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料、能源、環(huán)境等多學(xué)科發(fā)展。研制小型化、低成本的X射線自由電子激光,成為其重要的發(fā)展方向,對(duì)于拓展應(yīng)用和產(chǎn)生變革型技術(shù)都極其重要。

記者了解到,該研究團(tuán)隊(duì)通過顯著提升激光尾波場(chǎng)加速的電子束品質(zhì),并結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)的緊湊型束流傳輸與輻射系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)上首次實(shí)現(xiàn)了基于激光加速器的自由電子激光放大輸出,典型激光波長(zhǎng)27納米,最短激光波長(zhǎng)可達(dá)10納米級(jí),單脈沖能量可達(dá)100納焦級(jí),在國(guó)際上率先完成臺(tái)式化自由電子激光原理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,這對(duì)于發(fā)展小型化、低成本自由電子激光器具有重大意義。

“該成果是激光尾波場(chǎng)領(lǐng)域又一里程碑式的成果,將為新應(yīng)用創(chuàng)造新可能。”業(yè)內(nèi)專家對(duì)此給予高度評(píng)價(jià)。

超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)的尾波場(chǎng)電子加速機(jī)制,可以提供比射頻電子加速器高三個(gè)數(shù)量級(jí)以上的超高加速梯度,因而成為研制小型化高能電子加速器的主要技術(shù)路線。國(guó)際上自2004年首次在實(shí)驗(yàn)上取得激光尾波場(chǎng)電子加速的突破以來,利用激光尾波場(chǎng)加速器驅(qū)動(dòng)的小型化自由電子激光,特別是X射線波段的自由電子激光,成為該領(lǐng)域科學(xué)家共同追求的前沿。近年來,激光尾波場(chǎng)加速已取得諸多重要進(jìn)展,但是對(duì)于驅(qū)動(dòng)自由電子激光而言,無論是電子束品質(zhì)還是穩(wěn)定性,都面臨挑戰(zhàn),相關(guān)研究處于起步階段。

多年來,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所團(tuán)隊(duì)致力于激光加速電子束品質(zhì)與穩(wěn)定性提升,通過設(shè)計(jì)特殊的等離子體密度分布結(jié)構(gòu),優(yōu)化控制電子束的注入過程與加速過程,使得電子束綜合品質(zhì)得到有效提升。未來,研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步提升自由電子激光的輸出功率和光子能量,并作為上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置(“羲和”激光裝置)中超快化學(xué)與大分子動(dòng)力學(xué)研究平臺(tái)的重要組成部分,提供開放共享。



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