自由電子激光器 (FEL) 在超快時(shí)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(xué)、生物學(xué)、化學(xué)和其他領(lǐng)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(duì)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(qiáng)烈和連續(xù)相互作用。現(xiàn)代 X 射線 FEL (XFEL) 的波蕩器利用了一個(gè)正反饋回路——這是一項(xiàng)革命性的發(fā)展，促進(jìn)了對(duì)納米級(jí)世界的研究。在 XFEL 繼續(xù)發(fā)展的同時(shí)，F(xiàn)EL 激光的最基本過程之一——波動(dòng)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(xué)院上海高級(jí)研究所和上海應(yīng)用物理研究所的研究人員通過評(píng)估紫外激光與純偶極磁鐵中的相對(duì)論電子束之間的相互作用，為更深入地了解 FEL 物理學(xué)做出了貢獻(xiàn)。正如高級(jí)光子學(xué)中報(bào)道的那樣，該團(tuán)隊(duì)在上海軟 X 射線 FEL 測試設(shè)施使用 266 納米激光器調(diào)制 800 MeV 電子束。在實(shí)驗(yàn)中，通過 x 波段橫向偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)直接觀察到電子束的能量調(diào)制，并測量為 40 keV。結(jié)果表明，短偶極磁鐵可以作為引入相對(duì)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(tuán)隊(duì)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(jìn)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(jí)的能量調(diào)制幅度。
第一作者、原上海應(yīng)用物理研究所博士生、現(xiàn)任歐洲 XFEL 物理學(xué)家閆嘉偉表示：“這項(xiàng)工作完成了 FEL 物理最后必不可少的實(shí)驗(yàn)測量，揭示了 FEL 激光的最基本過程，并開辟了新的領(lǐng)域。激光束相互作用的研究和開發(fā)方向。”根據(jù)研究結(jié)果，Yan 預(yù)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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