自由電子激光器的工作波長(zhǎng)越短，則技術(shù)難度越高。圖為自由電子激光器的內(nèi)部工作模擬圖（資料圖）

對(duì)原子、分子的探測(cè)是物理化學(xué)研究的基礎(chǔ)，但由于現(xiàn)有儀器設(shè)備的限制，大多數(shù)分子和自由基難以被單光子電離，使很多研究無(wú)法深入，成為困擾科研工作者的一大難題。

一項(xiàng)旨在解決該難題的實(shí)驗(yàn)裝置即將在我國(guó)建設(shè)。3月12日，總預(yù)算達(dá)1.4億元的國(guó)家重大科研儀器設(shè)備專(zhuān)項(xiàng)“基于可調(diào)極紫外相干光源的綜合實(shí)驗(yàn)研究裝置”在大連正式啟動(dòng)。它將成為國(guó)際上唯一一套工作在50～150納米區(qū)間且波長(zhǎng)可調(diào)的全相干高亮度的自由電子激光器。

項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人、中科院院士楊學(xué)明表示，該裝置的研制將極大提升我國(guó)在能源等相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)水平，并極有希望成為國(guó)際上相關(guān)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究基地。

強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、中科院大連化物所研究員戴東旭介紹說(shuō)，能源研究中，煤的熱解等燃燒過(guò)程的中間產(chǎn)物往往以原子、分子、自由基的形式存在，這些微觀粒子被電離為離子后才能變成電信號(hào)被測(cè)試到。因此，對(duì)微觀粒子的高靈敏度、高時(shí)間分辨率和物種分辨的探測(cè)和研究至關(guān)重要。

但是，大多數(shù)分子或自由基的激發(fā)電離波長(zhǎng)都處于極紫外波段（50～150納米），而傳統(tǒng)激光器產(chǎn)生的基本波長(zhǎng)一般在近紫外到近紅外波段（300～1000納米）。這造成了傳統(tǒng)激光激發(fā)電離微觀粒子需要吸收多個(gè)光子，其效率和靈敏度會(huì)呈幾何量級(jí)的降低，并且容易把產(chǎn)物打碎。

為解決該問(wèn)題，科學(xué)家提出了利用自由電子激光產(chǎn)生極紫外波段相干光的技術(shù)。該技術(shù)被認(rèn)為是探測(cè)微觀粒子最有效的途徑。自由電子激光的波長(zhǎng)可涵蓋從硬X射線到遠(yuǎn)紅外的所有波段，特別是利用高增益諧波產(chǎn)生（HGHG）技術(shù)產(chǎn)生的自由電子激光具有超高峰值亮度、超快時(shí)間特性和良好的相干性，應(yīng)用價(jià)值巨大。

但該技術(shù)直到近十年才在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。其中，中科院上海應(yīng)用物理所在幾年前建設(shè)了我國(guó)第一個(gè)自由電子激光，并成功進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

而在大連，一位在科研中多年受困于粒子探測(cè)難題的科學(xué)家坐不住了。他就是以自己研發(fā)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而著名的楊學(xué)明。楊學(xué)明找到上海應(yīng)用物理所，希望雙方能夠合作開(kāi)發(fā)新設(shè)備。