回顧激光器的發展曆程，提高激光的輻射功率、追求更寬可調諧的頻譜，以及實現體(ti) 積更小、成本更低的光源長久以來一直都是激光科學領域的不懈追求。常見的激光裝置，如紅寶石激光器等一般需要依賴光學晶體(ti) 等增益介質來實現激光的輸出。而基於(yu) 自由電子輻射的光源則可以脫離晶體(ti) 或其它增益介質的束縛，不僅(jin) 能夠產(chan) 生自由空間光輻射，也可在波導表麵形成一類束縛於(yu) 波導表麵光場模式的光源。

相比自由空間中傳(chuan) 播的光場，以SPP為(wei) 代表的表麵光場具有亞(ya) 波長壓縮和近場增強的優(you) 異特性，近年來已逐步應用於(yu) 新一代無線通信、納米尺度的成像與(yu) 探測等諸多領域，並有望為(wei) 集成光電子器件的開發以及光譜探測、傳(chuan) 感、信息處理等領域的應用帶來變革性的技術影響。目前國際上產(chan) 生表麵光場主要有電子直接激發與(yu) 波導耦合兩(liang) 種方式，然而不論對於(yu) 何種方式，所產(chan) 生的表麵光場都受限於(yu) 低耦合效率導致的弱光場能量，進而限製了SPP在上述領域的應用。因此，發展相幹的高功率SPP光源是該領域亟待解決(jue) 的問題。

近年來，作為(wei) 半導體(ti) 集成電路基礎的微納製造工藝不斷進步，使集成化的自由電子光源成為(wei) 可能。圍繞小型化自由電子相幹光源，研究團隊展開飛秒激光驅動的超短電子脈衝(chong) 泵浦SPP種子研究，采用超快光學泵浦-探測技術，觀測到自由電子脈衝(chong) 對SPP的相幹放大。實驗通過對SPP的電磁場時空波形、能量以及頻譜的記錄，首次動態演示了SPP受激輻射放大的動力學過程，並揭示了SPP經曆了高增益自由電子激光中超輻射、指數增長和飽和等三階段的受激輻射光放大過程。該項研究創新發展了自由電子泵浦實現SPP相幹放大的全新途徑，在光譜探測、傳(chuan) 感、信息處理等應用領域具有重大應用價(jia) 值。

該成果的實現得益於(yu) 研究團隊在小型化自由電子光源領域中的長期積累，如團隊相繼發現了微型電子波蕩器輻射(Nature Photonics，2017)、激光調製阿秒電子脈衝(chong) 序列(Nature Photonics，2020)等新原理，相關(guan) 研究成果分別被評為(wei) “2017年度中國光學十大進展”和“2021年度中國光學十大進展”。