基于先進加速器的光子大科學裝置是探索微觀世界最先進的工具之一，用它可以給分子拍攝“照片”。而X射線自由電子激光作為最新一代的光子大科學裝置，還可將微觀世界快速變化的過程拍攝成分子“電影”。
軟X射線自由電子激光中控室調試現(xiàn)場 受訪者供圖
過去一年來，一群研制微觀世界“攝像機”的人——中科院上海高等研究院軟X射線自由電子激光攻關青年團隊，屢創(chuàng)佳績，在國際上首次實現(xiàn)了自由電子激光混合級聯(lián)放大輸出；提出并驗證了相干能量調制的自放大；實現(xiàn)了2納米飽和出光，建成國際上首個“水窗”波段全覆蓋的軟X射線自由電子激光裝置……
5月3日，這支由中國工程院院士、上海光源中心主任趙振堂帶領的青年團隊，憑借在軟X射線自由電子激光領域的突出貢獻獲得第26屆中國青年五四獎章（集體），可謂實至名歸。
“軟X射線自由電子激光是目前最先進的X射線光源之一，它的研制和調試面臨巨大挑戰(zhàn)?！痹搱F隊骨干成員、中科院上海高等研究院研究員馮超對《中國科學報》說，“去年5月，我們成功實現(xiàn)了最短波長為2納米的自由電子激光出光放大，之后科學家采用此光源實現(xiàn)了高于20納米的成像分辨率，相當于能看清1根頭發(fā)絲的三千分之一?！?/p>
軟X射線是指波長在10納米到0.1納米之間的X射線，軟X射線自由電子激光可用于觀測微觀物質的動態(tài)變化過程。作為新一代光源，X射線自由電子激光的峰值亮度比第三代同步輻射光源高10億至100億倍；脈沖長度達到飛秒量級，只有第三代同步輻射光源的千分之一，而且相干性更好。
“X射線自由電子激光這種大科學裝置是當前國際上最先進的科學平臺之一。”該團隊骨干成員、中科院上海高等研究院研究員鄧海嘯告訴《中國科學報》，“它將為物理、化學、能源、生命科學等領域提供革命性的研究工具?！?/p>
2016年，團隊承擔了“十二五”國家重大科技基礎設施——X射線自由電子激光試驗裝置，以及上海張江綜合性國家科學中心首批啟動的重大科技基礎設施——上海軟X射線自由電子激光用戶裝置的研制任務。
經過5年多的建設和精細調試，團隊高質量地建成了我國首臺X射線波段自由電子激光試驗裝置。這是我國首個可以覆蓋“水窗”波段的高增益自由電子激光裝置，該裝置的一系列進展表明，我國在X射線自由電子激光裝置研制方面已步入國際先進行列。
該試驗裝置采用團隊自主提出的EEHG-HGHG混合級聯(lián)這一先進運行機制，并在國際上率先實現(xiàn)了機制的原理驗證，試驗裝置于2020年11月通過國家驗收。驗收專家組一致認為，團隊“首創(chuàng)EEHG-HGHG混合級聯(lián)型FEL的先進運行模式，其輻射帶寬和中心波長穩(wěn)定性顯著優(yōu)于HGHG-HGHG級聯(lián)”。（中國科學報 張雙虎）
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