日前，蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學(xué)的一支研究團(tuán)隊，已經(jīng)成功實現(xiàn)了在紫外光譜區(qū)產(chǎn)生相干光，該方法為開發(fā)臺式X射線源指明了方向。為此，研究團(tuán)隊的科學(xué)家們開發(fā)了一種超短波長相干光源，并且無需激光產(chǎn)生相干性。

相干光源是強(qiáng)大的工具，在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域都有研究應(yīng)用。常見的電子束光源被稱為第四代光源，是基于自由電子激光器（FEL）而生成，并使用短波蕩器將電子束能量轉(zhuǎn)換為X射線。

該研究團(tuán)隊表示，這種產(chǎn)生相干輻射的新方法可以徹底改變光源的生成。通過新方法可以使光束高度緊湊，基本上是臺式機(jī)的尺寸大小，并且可以產(chǎn)生超短持續(xù)時間的激光脈沖，比現(xiàn)在的任何方式都要短得多。而更廣泛地使用紫外線和X射線相干光源將改變開展科學(xué)工作的方式。

團(tuán)隊成員正計劃在紫外光譜范圍內(nèi)進(jìn)行原理驗證實驗，以論證產(chǎn)生相干光源的可行性。如果成功，它將會顯著加速更短波長相干光源的開發(fā)。該小組已經(jīng)建立了一個設(shè)施來研究這些光源類型，并得到蘇格蘭等離子體加速器應(yīng)用中心的支持，那里擁有英國最高功率的激光器。目前，研究團(tuán)隊已經(jīng)在Scientific Reports上發(fā)表了成果。

■來源：scitechdaily

作為研究項目的牽頭人，Dino Jaroszynski博士表示：“我們提出了一種產(chǎn)生短波長相干輻射的新方法即使用短波蕩器和阿秒（10-18秒）持續(xù)時間電子束，并顯著提高了同步加速器源的最新技術(shù)水平?！?/p>

他接著談到，與自由電子激光器相比，這種方法產(chǎn)生的光束更緊湊，對電子束質(zhì)量的要求也更低，并且可以提供光源的模式轉(zhuǎn)變，這將激發(fā)新的研究方向。該方法通過在波蕩器內(nèi)使用束壓縮的方式（類似啁啾脈沖放大激光器），以顯著提高輻射亮度。

自由電子激光器和其他激光器一樣，光束強(qiáng)度的放大是通過一種反饋機(jī)制，該機(jī)制鎖定單個輻射器的相位，接著就產(chǎn)生了“自由”電子。在自由電子激光器中，高能電子束是通過波蕩器實現(xiàn)的，而波蕩器是一組交替極性的磁鐵。

當(dāng)電子通過波蕩器進(jìn)行擺動時，電子發(fā)出的光會產(chǎn)生一種稱為“質(zhì)動力”的力，該力將電子聚集在一起并實現(xiàn)加速和減速的功能。如果電子是均勻分布的，則穿過波蕩器的電子會輻射出非相干光。對于每個發(fā)光的電子，都有另一個電子會部分抵消光。

對于自由電子激光器，電子聚集會導(dǎo)致光的放大和相干性的增加，但通常需要很長時間，因此就需要很長的波蕩器。在X射線自由電子激光器，波蕩器的長度可以超過100米。驅(qū)動X射線自由電子激光器的加速器可達(dá)數(shù)公里，這樣就使得這些設(shè)備非常昂貴，體積也無比龐大。

然而，使用自由電子激光器產(chǎn)生相干輻射并不是唯一的方法?！邦A(yù)聚”光束或超短電子束同樣可以在長度不到1米的短波蕩器中實現(xiàn)完全相同的相干性。只要電子束比波蕩器產(chǎn)生光的波長短，就會自動產(chǎn)生相干光——所有的光波都會相加或干涉，從而產(chǎn)生相同性質(zhì)且高亮的光。

研究團(tuán)隊在理論層面已經(jīng)驗證了，通過激光等離子體尾場加速器可以實現(xiàn)上述結(jié)果，該加速器可以產(chǎn)生長度為幾十納米的電子束。如果這些超短的高能電子束通過一個短波蕩器，就能產(chǎn)生出與昂貴的自由電子激光器一樣多的電子。

此外研究團(tuán)隊還表明，通過產(chǎn)生具有能量“啁啾”的電子束，他們可以在波蕩器內(nèi)將電子束產(chǎn)生壓縮到非常短的持續(xù)時間，這為獲得更短電子束提供一種全新的途徑，從而可以生成更短波長的激光。