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杨振宁8次呼吁中国研究的自由电子激光最新进展

2013-08-17 00:06
来源: 激光网

  近日,中国工程物理研究院应用电子学研究所介绍了一台紧凑型自由电子激光太赫兹源的研制工作,该装置主要的设计指标为波长100μm,宏脉冲长度为4μs,宏脉冲内功率为1kW。装置中使用热阴极微波电子枪作为注入器,为了降低电子反轰、获得高亮度电子束,该所研制了一台新型S波段多腔热阴极RF-gun注入器,该注入器由两路独立的微波输入系统为注入器提供微波功率。

        装置中使用的摇摆器有44个周期,材料为NdFeB-FeCoV,峰值磁场为4800高斯,间隙为14mm,好场区为6mm。目前已经完成了电子束调试,进行了束流参数测试,注入器输出电子束能量为1.5MeV,发射度小于10pmm·mrad,能散度小于1%。主加速段后电子束能量为7MeV。通过改变电子束能量获得了波长分别为125μm、108μm、94μm的自发辐射。目前正在开展受激辐射实验。

  自由电子激光,是一种以相对论高品质电子束作为工作介质,在周期磁场中,以受激发射方式放大电磁辐射的新型激光光源。是二十一世纪诞生的最新一代的先进光源,是激光物理与等离子物理中的一个重要研究领域。由于同时具有极高的峰值亮度(高于第三代同步辐射光源8-10个数量级)、超短的脉冲(飞秒到阿秒)和极好的相干性等优越特性,已经被科学界视为最新一代的光子科学综合实验装置,在物理、化学、生物、医学、能源、环境等等领域具有重大的应用价值。

        迄今为止,已有一批世界著名科学家利用软X射线到硬X射线的自由电子激光用户装置做出重要的实验结果。目前,X射线激光研究多采用毛细管放电、 高功率激光的多脉冲和短脉冲等抽运方式,而且绝大多数研究局限于软X射线波段。

  出于对中国发展自由电子激光的极大关注,杨振宁先生早前参加“X射线自由电子激光的最新进展”报告时指出,XFEL将在21世纪前期取得重大突破性发展,此项技术目前还在发展的初始阶段,正是中国参与的上好机会。他相信中国人的聪明才智,相信党和政府的杰出组织能力,只要给予足够重视,定能在该领域进入世界先进行列。杨振宁先生从1997年5月开始还先后8次给我国有关部门和有关领导写信,呼吁中国尽快开展XFEL的预研究。为此,国家科学技术中长期发展计划相关研究报告已明确建议“立即制订并分阶段实施从深紫外起步以X射线为最终目标的自由电子激光系统总体发展计划”。

  目前对X射线自由电子激光装置的科学需求十分强烈,对于建设高亮度多用户的新装置存在普遍的呼声和期待。除已经建成的美国、欧洲和日本的大型自由电子激光装置以外,意大利、美国、韩国和瑞士等国家也在建设软X射线到硬X射线的新用户装置。

  中国科学院副院长江绵恒表示,自由电子激光光源已在国际上加速发展起来,美国SLAC的X射线自由电子激光已经出光,德国、日本、韩国等也均已起步,并已被提到战略高度予以部署和实施,我国也应该加快发展自由电子激光光源。希望在预研后,再向国家申请建设硬X射线的用户装置,就可以将我国与先进国家在光子科学领域的发展差距缩短到10—15年。

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