X射線自由電子激光器（free-electron laser，FEL）可以提供從遠紅外到X射線波段的高亮度相干輻射，已成為結構生物學、材料、化學等學科應用中不可或缺的工具。

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目前，中國國內已有幾個X射線自由電子激光設備正在運行。然而，它們對大型、高成本、最先進的射頻加速器的需求，導致人們對緊湊型和經濟型的此類加速器的發展產生了極大的興趣。
激光尾波場加速器能承受比射頻加速器高3個數量級以上的加速度梯度，被認為是驅動小型X射線自由電子激光器的一個有吸引力的選擇。然而，由于基于激光尾場加速器的電子束質量相對較差，這類器件的實現仍然是一個挑戰。
7月22日，《自然》（Nature）以封面文章的形式，報道了中國科學家的重大突破：中國科學院上海光學精密機械研究所的研究人員們，利用自主研制的高性能重頻超強超短激光裝置，驅動產生了高品質的電子束，并首次實現自由電子激光放大輸出，在國際上率先完成臺式化自由電子激光原理的實驗驗證。
在最新研究中，研究人員們提出了一個實驗證明，在指數增益范圍內，利用電子束激光尾場加速器振蕩輻射放大。放大的波浪形輻射，基于激光加速器的自由電子激光放大輸出，典型激光波長27nm，最短激光波長可達10nm級，最大光子數約為1010次，產生的最大輻射能量約為150納米焦耳。
【激光加速器,自由電子激光,自然,封面,激光加速器,首次發射自由電子激光|《自然》封面！激光加速器首次發射自由電子激光，輻射功率提高約100倍 】研究人員稱，在設備中三個波動器中的第三個，輻射功率的最大增益約為100倍，證實了在指數增益范圍內的成功操作。這意味著在氣體噴流末端僅6毫米處，就能實現電子產生激光的正確條件——比當前FEL的3000米左右縮短了數個量級。
這一研究成果為利用激光尾場加速器進行自由電子激光的原理論證奠定了基礎，并為基于該技術開發具有廣泛應用前景的緊密型、低成本X射線自由電子激光器鋪平了道路。
譯/前瞻經濟學人APP資訊組
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