最近的研究揭示了自由电子激光的基本过程

自由电子激光器 (FEL) 在超快时间尺度上产生具有极高亮度的短波辐射。在过去的三年中发展起来，FEL 为物理学、生物学、化学和其他领域提供了重要的研究工具。

与其他同步加速器光源不同，FEL 脉冲的放大来自电磁波和相对论电子束在交替偶极磁场的周期性晶格(称为波荡器)中的强烈和连续相互作用。现代 X 射线 FEL (XFEL) 的波荡器利用了一个正反馈回路——这是一项革命性的发展，促进了对纳米级世界的研究。在 XFEL 继续发展的同时，FEL 激光的最基本过程之一——波动子子周期内的能量交换——直到最近才被直接测量。

来自中国科学院上海高级研究所和上海应用物理研究所的研究人员通过评估紫外激光与纯偶极磁铁中的相对论电子束之间的相互作用，为更深入地了解 FEL 物理学做出了贡献。正如高级光子学中报道的那样，该团队在上海软 X 射线 FEL 测试设施使用 266 纳米激光器调制 800 MeV 电子束。在实验中，通过 x 波段横向偏转结构直接观察到电子束的能量调制，并测量为 40 keV。结果表明，短偶极磁铁可以作为引入相对论电子束能量调制的有效工具，通过在路径中引入精确的弯曲来有效地调整 FEL 脉冲特性。

该团队还证明了使用偶极磁铁中获得的能量调制在种子激光器的六次谐波处进行 FEL 激光的可行性。使用峰值功率为数百吉瓦的种子激光器，他们表明可以直接为种子 FEL 获得百万电子伏特 (MeV) 数量级的能量调制幅度。

第一作者、原上海应用物理研究所博士生、现任欧洲 XFEL 物理学家闫嘉伟表示：“这项工作完成了 FEL 物理最后必不可少的实验测量，揭示了 FEL 激光的最基本过程，并开辟了新的领域。激光束相互作用的研究和开发方向。”根据研究结果，Yan 预测了用于高亮度 XFEL 的紧凑型激光加热器系统、用于基于等离子体加速器的 XFEL 的稳定能量调制器，甚至用于

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