最近的研究揭示了自由電子激光的基本過程

自由電子激光器 (FEL) 在超快時間尺度上產(chǎn)生具有極高亮度的短波輻射。在過去的三年中發(fā)展起來，F(xiàn)EL 為物理學、生物學、化學和其他領域提供了重要的研究工具。

與其他同步加速器光源不同，F(xiàn)EL 脈沖的放大來自電磁波和相對論電子束在交替偶極磁場的周期性晶格(稱為波蕩器)中的強烈和連續(xù)相互作用?，F(xiàn)代 X 射線 FEL (XFEL) 的波蕩器利用了一個正反饋回路——這是一項革命性的發(fā)展，促進了對納米級世界的研究。在 XFEL 繼續(xù)發(fā)展的同時，F(xiàn)EL 激光的最基本過程之一——波動子子周期內(nèi)的能量交換——直到最近才被直接測量。

來自中國科學院上海高級研究所和上海應用物理研究所的研究人員通過評估紫外激光與純偶極磁鐵中的相對論電子束之間的相互作用，為更深入地了解 FEL 物理學做出了貢獻。正如高級光子學中報道的那樣，該團隊在上海軟 X 射線 FEL 測試設施使用 266 納米激光器調(diào)制 800 MeV 電子束。在實驗中，通過 x 波段橫向偏轉結構直接觀察到電子束的能量調(diào)制，并測量為 40 keV。結果表明，短偶極磁鐵可以作為引入相對論電子束能量調(diào)制的有效工具，通過在路徑中引入精確的彎曲來有效地調(diào)整 FEL 脈沖特性。

該團隊還證明了使用偶極磁鐵中獲得的能量調(diào)制在種子激光器的六次諧波處進行 FEL 激光的可行性。使用峰值功率為數(shù)百吉瓦的種子激光器，他們表明可以直接為種子 FEL 獲得百萬電子伏特 (MeV) 數(shù)量級的能量調(diào)制幅度。

第一作者、原上海應用物理研究所博士生、現(xiàn)任歐洲 XFEL 物理學家閆嘉偉表示：“這項工作完成了 FEL 物理最后必不可少的實驗測量，揭示了 FEL 激光的最基本過程，并開辟了新的領域。激光束相互作用的研究和開發(fā)方向。”根據(jù)研究結果，Yan 預測了用于高亮度 XFEL 的緊湊型激光加熱器系統(tǒng)、用于基于等離子體加速器的 XFEL 的穩(wěn)定能量調(diào)制器，甚至用于

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