日前，蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學的一支研究團隊，已經成功實現了在紫外光譜區(qū)產生相干光，該方法為開發(fā)臺式X射線源指明了方向。為此，研究團隊的科學家們開發(fā)了一種超短波長相干光源，并且無需激光產生相干性。
相干光源是強大的工具，在醫(yī)學、生物學、材料科學、化學和物理學等領域都有研究應用。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換為X射線。
該研究團隊表示，這種產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，基本上是臺式機的尺寸大小，并且可以產生超短持續(xù)時間的激光脈沖，比現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工作的方式。
團隊成員正計劃在紫外光譜范圍內進行原理驗證實驗，以論證產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)。該小組已經建立了一個設施來研究這些光源類型，并得到蘇格蘭等離子體加速器應用中心的支持，那里擁有英國最高功率的激光器。目前，研究團隊已經在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水平。”
他接著談到，與自由電子激光器相比，這種方法產生的光束更緊湊，對電子束質量的要求也更低，并且可以提供光源的模式轉變，這將激發(fā)新的研究方向。該方法通過在波蕩器內使用束壓縮的方式（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，光束強度的放大是通過一種反饋機制，該機制鎖定單個輻射器的相位，接著就產生了“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的，而波蕩器是一組交替極性的磁鐵。
當電子通過波蕩器進行擺動時，電子發(fā)出的光會產生一種稱為“質動力”的力，該力將電子聚集在一起并實現加速和減速的功能。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。驅動X射線自由電子激光器的加速器可達數公里，這樣就使得這些設備非常昂貴，體積也無比龐大。
然而，使用自由電子激光器產生相干輻射并不是唯一的方法。“預聚”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完全相同的相干性。只要電子束比波蕩器產生光的波長短，就會自動產生相干光——所有的光波都會相加或干涉，從而產生相同性質且高亮的光。
研究團隊在理論層面已經驗證了，通過激光等離子體尾場加速器可以實現上述結果，該加速器可以產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，就能產生出與昂貴的自由電子激光器一樣多的電子。
此外研究團隊還表明，通過產生具有能量“啁啾”的電子束，他們可以在波蕩器內將電子束產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。
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