日前，蘇格蘭(lan) 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產(chan) 生相幹光，該方法為(wei) 開發台式X射線源指明了方向。為(wei) 此，研究團隊的科學家們(men) 開發了一種超短波長相幹光源，並且無需激光產(chan) 生相幹性。

相幹光源是強大的工具，在醫學、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(wei) 第四代光源，是基於(yu) 自由電子激光器（FEL）而生成，並使用短波蕩器將電子束能量轉換為(wei) X射線。

該研究團隊表示，這種產(chan) 生相幹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，基本上是台式機的尺寸大小，並且可以產(chan) 生超短持續時間的激光脈衝(chong) ，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射線相幹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範圍內(nei) 進行原理驗證實驗，以論證產(chan) 生相幹光源的可行性。如果成功，它將會(hui) 顯著加速更短波長相幹光源的開發。該小組已經建立了一個(ge) 設施來研究這些光源類型，並得到蘇格蘭(lan) 等離子體(ti) 加速器應用中心的支持，那裏擁有英國最高功率的激光器。目前，研究團隊已經在Scientific Reports上發表了成果。

■來源：scitechdaily

作為(wei) 研究項目的牽頭人，Dino Jaroszynski博士表示：“我們(men) 提出了一種產(chan) 生短波長相幹輻射的新方法即使用短波蕩器和阿秒（10-18秒）持續時間電子束，並顯著提高了同步加速器源的最新技術水平。”

他接著談到，與(yu) 自由電子激光器相比，這種方法產(chan) 生的光束更緊湊，對電子束質量的要求也更低，並且可以提供光源的模式轉變，這將激發新的研究方向。該方法通過在波蕩器內(nei) 使用束壓縮的方式（類似啁啾脈衝(chong) 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製，該機製鎖定單個(ge) 輻射器的相位，接著就產(chan) 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，電子發出的光會(hui) 產(chan) 生一種稱為(wei) “質動力”的力，該力將電子聚集在一起並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(hui) 輻射出非相幹光。對於(yu) 每個(ge) 發光的電子，都有另一個(ge) 電子會(hui) 部分抵消光。

對於(yu) 自由電子激光器，電子聚集會(hui) 導致光的放大和相幹性的增加，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裏，這樣就使得這些設備非常昂貴，體(ti) 積也無比龐大。

然而，使用自由電子激光器產(chan) 生相幹輻射並不是唯一的方法。“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幹性。隻要電子束比波蕩器產(chan) 生光的波長短，就會(hui) 自動產(chan) 生相幹光——所有的光波都會(hui) 相加或幹涉，從(cong) 而產(chan) 生相同性質且高亮的光。

研究團隊在理論層麵已經驗證了，通過激光等離子體(ti) 尾場加速器可以實現上述結果，該加速器可以產(chan) 生長度為(wei) 幾十納米的電子束。如果這些超短的高能電子束通過一個(ge) 短波蕩器，就能產(chan) 生出與(yu) 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(chan) 生具有能量“啁啾”的電子束，他們(men) 可以在波蕩器內(nei) 將電子束產(chan) 生壓縮到非常短的持續時間，這為(wei) 獲得更短電子束提供一種全新的途徑，從(cong) 而可以生成更短波長的激光。