小型化自由电子激光获重大原创进展“亚博手机APP版”

最近，中科院上海光机所激光物理国家重点实验室徐志全、李有信、柳建胜等在用极端特殊激光驱动的小型化、自由电子激光新概念研究方面取得了根本性的原创进展。明确提出并构建了微、瞬态示波器方案。研究人员利用非常强的特殊激光和金属丝相互作用生成高能电子束，同时利用电荷分离效果精细地构建了微小的瞬态电子示波器，并在这一新的示波器方案的基础上获得了用于非线性缩放的强THz电磁辐射输入。

最近的研究结果于2月27日在《大自然—光子学》 (NaturePhotonics)上公开。被称为第四代光源的自由电子激光，可以从远红外线到X射线波段获得高亮度一致的电磁辐射，在物理学、化学、材料科学、生命科学等领域具有前所未有的革命性应用价值。传统的自由电子激光以射频加速器为基础产生高能电子束，利用周期性化学键的磁铁中包含的示波器对电子束展开扭曲和调制，最后电磁辐射释放高亮度相关电磁辐射。射频电子加速器或周期性磁铁中包含的电子示波器体积大，成本低。

开发小型化、低成本的新一代自由电子激光、桌面简化电子加速器和示波器是科学界仍然追赶的根本目标。上海光机所康庄激光物理国家重点实验室在非常非激光驱动的桌面化高能电子加速器和示波器的新原理、新概念研究方面进行了长期不懈的探索。

2016年，以绝密激光驱动的激光尾波场电子加速取得创纪录的高质量电子束重大成果后，该研究组在以绝密激光驱动的微、瞬态示波器新概念研究上取得了根本性的开创性突破。首次成功构建了全光驱动的金属线波螺旋示波器，并建立了放大/缩小的强THz电磁辐射输入。

在这项工作中，研究人员利用极端激光电离辐射导线靶，该靶通过激光和等离子体的相互作用发射定向高能电子，同时以电荷为基准分离，在金属线上瞬间产生非常强的径向瞬态电场。(威廉莎士比亚、激光、激光、离子、离子、离子、离子、离子、离子)这种电场诱导沿着铁丝方向附近向天上升的大量高能电子沿着铁丝传输，并周期性地展开螺旋运动，就像电子束在微波机上螺旋运动一样。该运动会产生强THz电磁辐射，转换效率在1%以上。实验中电子束能量~100keV，瞬态波动器周期约为650微米。

通过改变金属线的直径，可以改变径向电场强度，从而改变波动器周期，获得可以频率回声的近场单周期宽带THz电磁辐射。通过改变钢丝的长度，首次观察到THz辐射强度随传输距离的非线性缩放效果，缩放倍数为10倍以上。这种强大的THz辐射源今后将在材料的观测研究中有最重要的应用。

在这项研究中，电子束和示波器都是由同一激光同时发生的，该示波器的新概念今后将进一步扩展，在短波长、甚至X射线自由电子激光器等方面得到最重要的应用。论文评审委员高度评价这一成果，他说：“该论文叙述了产生高能准短周期THz脉冲的新方法。”这一概念令人惊讶，是生产THz的最重要、最有效的新方法。

“”本论文不仅说明了实验中生成的THz电磁辐射顺序和对导线直径的依赖，还说明了THz电磁辐射的原因。本文对激光、电动力学(THz波)、电子束、示波器、自由电子激光等领域研究人员的关注度也不会更大。据悉，在该研究中，南开大学、刘伟伟等人为了测量THz电磁辐射，确保了先进设备的测试仪器，积极进行了实验。

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