美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家们发明了一种新技术，用于测试该设施的直线加速器相干光源(LCLS)的极限。万博体育登录首页x射线自由电子激光器(XFEL)

他们开发了一个系统，可以产生比以前强十倍的x射线脉冲，同时保持在LCLS目前的自由电子激光基础设施内。

(图片来源:TOBIAS SCHWARZ/法新社，盖蒂图片社)
2017年9月1日，汉堡附近Schenefeld的XFEL国际研究设施正式揭幕仪式之前，一个所谓的实验小屋(Experimentier-Huette)内的详细视图。世界上最大的x射线激光器于2017年9月1日星期五在德国开放，有望通过允许科学家穿透原子、病毒和化学反应的内部工作原理，为非常小的物体提供新的光线。

超强激光脉冲

这个新系统使用了啁啾脉冲放大(CPA)，这是一种创造现代、超强光学激光脉冲的方法。

据该研究的主要作者李浩元介绍，目前来自自由电子的x射线激光脉冲激光最大输出约100千兆瓦，通常具有复杂和混乱的结构。

“我们已经证明，我们可以实现非常有影响力的光束参数，峰值功率大于1太瓦，同时脉冲持续时间约为1飞秒，”李在一份报告中说新闻稿声明．

LCLS捕捉到分子和材料最微小的变化，类似于原子分辨率相机。

但根据该团队的报告，随着激光功率的增加，激光脉冲的时间可能会变得不稳定。

这种不一致是由于对系统正在发生的事情的扭曲或误导，而科学家们希望避免这种情况。目前针对这一问题的解决方案大大降低了激光功率，这限制了研究人员的研究成果。

由于这些限制，该工作的高级合著者Diling Zhu估计，在过去十年中进行的超过90%的XFEL激光研究使用x射线源作为超快手电筒。

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CPA的工作原理是在能量脉冲通过放大器和压缩机传播之前扩大其长度，从而逆转在第一阶段所做的拉伸。结果是脉搏非常强烈，干净，和短暂。

CPA是由罗切斯特大学的物理学家Donna Strickland和Gérard Mourou在20世纪80年代创建的，他们被授予了2018年诺贝尔物理学奖。

CPA为光学激光器创造了高强度脉冲，但李说，将这种方法应用于x射线波长一直具有挑战性。

研究人员通过细致的数值模拟，创造了一种CPA方法，在现有自由电子激光器的光束特性内产生高强度硬x射线脉冲。

据李说，新系统证明了它能够使用现有的自由电子激光设备(如SLAC的LCLS)产生太瓦的飞秒硬x射线脉冲。

该团队的下一步是用一个微型原型构建该系统。他们的研究结果如下发表《物理评论快报》。

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