激光技术里程碑:科学家演示由等离子体加速电子束驱动的自由电子激光器
自由电子激光器（FEL）产生的极强光脉冲是研究中的通用工具。特别是在X射线范围内，它们可以用于分析各种材料的原子结构细节，并非常精确地跟踪基本超快过程。到目前为止，FEL（如德国的欧洲XFEL）是基于传统的电子加速器，这使得它们既长又昂贵。由法国 Synchrotron SOLEIL 和德国 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) 领导的国际团队现已在开发负担得起的替代解决方案的道路上取得了突破：他们能够基于一项尚不成熟的技术——激光等离子体加速，在紫外条件下演示原自由电子激光。在未来，这可能允许构建更紧凑的系统，这将大大扩展自由电子激光的可能应用。这项研究合作成果发表在《自然光子学》杂志上。
X 射线自由电子激光器是世界上最强大但也是最复杂的研究机器之一。原理：在强射频波的帮助下，加速器使电子接近光速。然后，粒子束成束，飞过“波荡器”——一种具有周期性交变磁场的磁铁装置，迫使电子束进入激流回旋路径。这导致电子束重新组织成许多更小的电子群——微电子束，它们一起发出极其强大的、类似激光的光脉冲。然后这些可以用来破译以前未知的材料特性或跟踪极快的过程，例如在千万亿分之一秒内发生的化学反应。
然而，价值数十亿美元的欧洲 XFEL 和其他类似基础设施有一个缺点：“它们有几百米甚至几公里长，这就是为什么研究人员正在研究一种替代技术，使这些设施更小、更具成本效益，这样它们将来就可以更接近大学和工业界的用户。其研究基础是一种仍在开发中的新加速器技术——激光等离子体加速。
为了首次产生等离子体加速驱动的可控FEL激光，HZDR与法国同步加速器SOLEIL的专家合作。获 取 更多硬科技 前沿访问：https://byteclicks.com
激光技术的突破
该团队实现其目标：展示了等离子体驱动的 FEL 产生的超短紫外激光闪光。15 年来，高级加速器物理学界的人们一直梦想着实现这样的自由电子激光器，等离子体驱动的自由电子激光器一直被认为是该领域最重要的里程碑之一。通过该实验，研究团队现在取得了巨大的进步。
在基于等离子体的 FEL 投入实际使用之前，仍有各种挑战需要克服。例如，虽然德累斯顿的装置能够产生紫外线脉冲，但研究需要高强度 X 射线闪光——为此电子必须被加速到更高的能量。
这已经在原则上通过等离子体加速得到证明，但到目前为止，电子束的质量对于 X 射线 FEL 来说仍然太差且太不稳定，但有了新一代高功率激光器，研究人员希望能解决这个问题。如果这项努力取得成功，自由电子激光器将来可以安装在研究所的地下室中，可以为比现在多得多的研究团队提供服务。
德法研究团队在德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心 (HZDR) 建造了由等离子加速器中的粒子驱动的自由电子激光器 – 并首次使用这项尚不成熟的技术产生了可控的激光闪光。
