“我是一塊磚，哪里需要往哪搬?！?2歲的王文濤說(shuō)。他是中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員，也是2022年上?！白蠲揽萍脊ぷ髡摺敝?。

王文濤在實(shí)驗(yàn)室　受訪者 供圖

王文濤的科研工作與光有關(guān)——自由電子激光。

他說(shuō)，其實(shí)自己原來(lái)不是做這一領(lǐng)域的，后來(lái)把研究方向轉(zhuǎn)成這個(gè)領(lǐng)域，在一個(gè)并不熟悉的領(lǐng)域，從零開(kāi)始。

他介紹，可以將X射線自由電子激光比作一臺(tái)“X射線照相機(jī)”，它的快門(mén)(即：超快時(shí)間分辨)、分辨率(即：超高空間分辨)、曝光量(即：超強(qiáng)峰值亮度)十分先進(jìn)，可用于探測(cè)物質(zhì)內(nèi)部動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和研究光與原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)的相互作用過(guò)程，極大地促進(jìn)物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料、能源、環(huán)境等多學(xué)科的發(fā)展。

X射線自由電子激光裝置規(guī)模大，造價(jià)昂貴，難以快速普及。國(guó)際上從2006年就開(kāi)始自由電子激光的“臺(tái)式化”研究，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所從2012年啟動(dòng)相關(guān)項(xiàng)目研究，是中國(guó)國(guó)內(nèi)的第一家。

2011年，王文濤所在的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始致力于激光加速電子束品質(zhì)與穩(wěn)定性的提升，期望在臺(tái)式化自由電子激光的研究中率先實(shí)現(xiàn)突破。但這項(xiàng)研究，并不是一件容易的事情。

2012年，中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于激光尾場(chǎng)加速，申請(qǐng)了國(guó)家重大儀器項(xiàng)目，開(kāi)始同美、法、德、日等國(guó)在臺(tái)式化自由電子激光展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。盡管組建好了一支青年團(tuán)隊(duì)，但此時(shí)實(shí)驗(yàn)中的電子束品質(zhì)，距離實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想相差千倍以上。這支團(tuán)隊(duì)開(kāi)啟一場(chǎng)崎嶇坎坷、充滿艱辛的追光之旅。

這一研究有個(gè)非常核心的內(nèi)容就是激光電子加速技術(shù)，但做到能用是需要有好的品質(zhì)，并且連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生，彼時(shí)，世界上還沒(méi)有團(tuán)隊(duì)做到過(guò)。

有嘗試，就會(huì)有失敗，在最終方案實(shí)現(xiàn)之前，王文濤說(shuō)，團(tuán)隊(duì)嘗試過(guò)四種方案。

2017年，項(xiàng)目遭受重大挫折，原有的設(shè)計(jì)方案在經(jīng)歷了3年嘗試后，宣告失敗，這意味著整個(gè)裝置建設(shè)要推倒重來(lái)，整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)受到了沉重打擊。那段時(shí)間團(tuán)隊(duì)充滿了挫敗感和對(duì)不能如期完成項(xiàng)目的焦慮。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人——中國(guó)科學(xué)院院士李儒新說(shuō)：“(我們)向世界證明，這個(gè)方案不可行，(這)也是一種成功?！?/p>

在成員們的相互鼓勵(lì)和理解下，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始嘗試第三種、第四種方案……

“從希望到失敗，你不知道什么時(shí)候，什么方案一定能成功，能夠堅(jiān)持下來(lái)，才是其中最為重要的?！蓖跷臐f(shuō)。從2013年到2018年，整整五年，團(tuán)隊(duì)才實(shí)現(xiàn)了電子束的連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了從加速技術(shù)到加速器的轉(zhuǎn)變?！?/p>

2018年，王文濤和團(tuán)隊(duì)成功研制了穩(wěn)定臺(tái)式化激光電子加速器，產(chǎn)生單能電子束的重復(fù)率為100%。這意味著中國(guó)在臺(tái)式化電子加速領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)到儀器最為關(guān)鍵的轉(zhuǎn)變。激光尾場(chǎng)電子加速器的實(shí)現(xiàn)，為臺(tái)式化自由電子激光的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2019年12月31日，團(tuán)隊(duì)將激光加速器得到的“夢(mèng)之束”驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生了臺(tái)式化自由電子激光的“現(xiàn)實(shí)之光”。

“接近3000天，我們才把這個(gè)事情做出來(lái)，非常不容易?！彼f(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先完成了“臺(tái)式化”自由電子激光原理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)發(fā)展小型化、低成本自由電子激光具有重大意義。相關(guān)研究成果作為封面文章于2021年7月22日發(fā)表在Nature(《自然》雜志)上。

在王文濤看來(lái)，團(tuán)隊(duì)在已有研究基礎(chǔ)上的大膽求證，自主創(chuàng)新，走一條別人沒(méi)走過(guò)的路，充滿艱辛但又有獨(dú)特的魅力，“這條路上我們是開(kāi)拓者，走通之后，可以極大地培養(yǎng)我們的科研自信，這也是科研工作者可以自豪的事情，這對(duì)于我們今后的科研道路是至關(guān)重要的?！?/p>

下一步，王文濤將和團(tuán)隊(duì)一起繼續(xù)提升自由電子激光的輸出功率和光子能量，并將其作為上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置(“羲和”激光裝置)中超快化學(xué)與大分子動(dòng)力學(xué)研究平臺(tái)的重要組成部分，提供開(kāi)放共享。