中國建*可調波極紫外自由電子激光器

摘要：3月12日，總預算達1.4億(yi) 元的國家重大科研儀(yi) 器設備專(zhuan) 項“基於(yu) 可調極紫外相幹光源的綜合實驗研究裝置”在大連正式啟動。它將成為(wei) 上*一套工作在50～150納米區間且波長可調的全相幹高亮度的自由電子激光器。

　　對原子、分子的探測是物理化學研究的基礎，但由於(yu) 現有儀(yi) 器設備的限製，大多數分子和自由基難以被單光子電離，使很多研究無法深入，成為(wei) 困擾科研工作者的一大難題。

　　一項旨在解決(jue) 該難題的實驗裝置即將在我國建設。3月12日，總預算達1.4億(yi) 元的國家重大科研儀(yi) 器設備專(zhuan) 項“基於(yu) 可調極紫外相幹光源的綜合實驗研究裝置”在大連正式啟動。它將成為(wei) 上*一套工作在50～150納米區間且波長可調的全相幹高亮度的自由電子激光器。

　　項目總負責人、中科院院士楊學明表示，該裝置的研製將極大提升我國在能源等相關(guan) 基礎科學領域的實驗水平，並極有希望成為(wei) 上相關(guan) 領域的一個(ge) 重要研究基地。

　　強強聯合

　　項目負責人、中科院大連化物所研究員戴東(dong) 旭介紹說，能源研究中，煤的熱解等燃燒過程的中間產(chan) 物往往以原子、分子、自由基的形式存在，這些微觀粒子被電離為(wei) 離子後才能變成電信號被測試到。因此，對微觀粒子的高靈敏度、高時間分辨率和物種分辨的探測和研究至關(guan) 重要。

　　但是，大多數分子或自由基的激發電離波長都處於(yu) 極紫外波段(50～150納米)，而傳(chuan) 統激光器產(chan) 生的基本波長一般在近紫外到近紅外波段(300～1000納米)。這造成了傳(chuan) 統激光激發電離微觀粒子需要吸收多個(ge) 光子，其效率和靈敏度會(hui) 呈幾何量級的降低，並且容易把產(chan) 物打碎。

　　為(wei) 解決(jue) 該問題，科學家提出了利用自由電子激光產(chan) 生極紫外波段相幹光的技術。該技術被認為(wei) 是探測微觀粒子有效的途徑。自由電子激光的波長可涵蓋從(cong) 硬X射線到遠紅外的所有波段，特別是利用高增益諧波產(chan) 生(HGHG)技術產(chan) 生的自由電子激光具有超高峰值亮度、超快時間特性和良好的相幹性，應用價(jia) 值巨大。

　　但該技術直到近十年才在實驗中得到驗證。其中，中科院上海應用物理所在幾年前建設了我國*個(ge) 自由電子激光，並成功進行了相關(guan) 實驗。

　　而在大連，一位在科研中多年受困於(yu) 粒子探測難題的科學家坐不住了。他就是以自己研發儀(yi) 器進行實驗而的楊學明。楊學明找到上海應用物理所，希望雙方能夠合作開發新設備。

　　上海方麵通過經驗積累後也意識到，有把握將自由電子激光的波長從(cong) 200納米降到150納米以內(nei) ，並實現波長可調。於(yu) 是雙方一拍即合，經過幾年論證，在2011年聯合申請了國家自然科學基金委國家重大科研儀(yi) 器設備專(zhuan) 項。

　　1月20日，上海應用物理所宣布：由該所研究員趙振堂領導的自由電子激光研究團隊在上實現了HGHG自由電子激光大範圍波長連續可調。

　　“在這個(ge) 項目中，大連化物所和上海應物所是結合。”戴東(dong) 旭表示，上海光源的建成使上海應物所擁有了大科學工程的建設與(yu) 管理經驗，並掌握了大量的關(guan) 鍵技術。

　　從(cong) “敢想”到“敢做”

　　據戴東(dong) 旭介紹，自由電子激光在進入21世紀之後才開始興(xing) 旺發展起來。目前，幾家研發自由電子激光的相關(guan) 單位各有所長，其中一些在波長等指標方麵較為(wei) ，技術難度很高，但還沒有一家可實現波長可調。

　　位於(yu) 合肥的國家同步輻射實驗室目前能提供真空紫外的實驗條件，在過去曾協助楊學明課題組做出很好的實驗成果。但同步輻射光源畢竟不是激光，在相幹性、峰值功率和時間特性上尚存差異。

　　針對這些問題，大連化物所從(cong) 實際需求出發提出要求，上海應用物理所在設計中將目標瞄準解決(jue) 實驗中的實際問題。

　　據悉，該項目的設備將主要由我國自主研發。“這項技術國外也處在發展階段，有些特殊指標隻能自己製造，從(cong) 國外買(mai) 設備也需要從(cong) 頭研製。”戴東(dong) 旭說。

　　在1.4億(yi) 元的項目總預算中，國家自然科學基金委資助1.03億(yi) 元用於(yu) 自由電子激光和實驗裝置的研製，中科院大連化物所自籌約0.4億(yi) 元用於(yu) 基建和公用設施。該項目的科學目標是研製一套基於(yu) HGHG模式的波長可調諧的極紫外相幹光源以及利用這一性能*的光源的實驗裝置。這也將成為(wei) 世界上的相關(guan) 基礎科學問題的實驗平台。

　　據悉，目前經費已經到位，裝置計劃將於(yu) 2015年年底前建成。而且會(hui) 在實現儀(yi) 器共享，可應用於(yu) 物理、化學、生物、能源等多個(ge) 領域。戴東(dong) 旭說：“裝置建成後，以前測不到的將能測到，以前不好的信號將變清晰，以前做不了的實驗也敢做了。”