近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院和中國(guó)科學(xué)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(duì)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(wèn)題。相關(guān)成果發(fā)表在知名物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》，顏佳偉博士研究生為論文第一作者，鄧海嘯研究員、趙振堂院士為論文共同通訊作者。

自由電子激光利用相對(duì)論電子束產(chǎn)生具有極高亮度的飛秒至阿秒級(jí)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(duì)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(duì)種子激光的性能需求，尤其是高峰值功率需求，成為了外種子自由電子激光通往高重復(fù)頻率運(yùn)行的瓶頸。

　　相干能量調(diào)制的自放大機(jī)制原理圖

在該項(xiàng)工作中，研究人員提出通過(guò)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(jí)。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(duì)種子激光峰值功率需求10-25倍的降低。這是目前國(guó)際上“工作諧波數(shù)/激光調(diào)制幅度”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(jí)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(lái)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(duì)當(dāng)前及未來(lái)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(guó)際上，歐洲自由電子激光、美國(guó)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)工作模式，除此之外，這一機(jī)制在提升外種子自由電子激光穩(wěn)定性、拓展工作波長(zhǎng)及產(chǎn)生超快脈沖等方面有著潛在的重要應(yīng)用前景。