外種子機(jī)制是短波長自由電子激光的一個重要發(fā)展方向。目前,人們已經(jīng)相繼提出了高增益高次諧波放大(HGHG)和回聲高次諧波放大(EEHG)等外種子自由電子激光機(jī)制。但是,外種子自由電子激光的諧波轉(zhuǎn)換次數(shù)通常會受到直線加速器所產(chǎn)生電子束能散的限制,較難向更短的波長發(fā)展。中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所科研人員于2013年提出了相位匯聚高次諧波放大(PEHG)自由電子激光運(yùn)行模式(Phys. Rev. Letts. 111 (2013) 084801),能夠有效地克服電子束能散的限制,從而大大提高諧波轉(zhuǎn)換次數(shù)。PEHG為未來全相干X射線自由電子激光裝置的建設(shè)提供了一種非常有吸引力的方案。
在后續(xù)研究中,研究人員從三維的束流物理學(xué)出發(fā),詳細(xì)分析了相位匯聚(phase-merging)的物理機(jī)制,系統(tǒng)地研究了PEHG對種子激光、電子束、波蕩器的各種參數(shù)的依賴關(guān)系(New J. Phys. 16 (2014) 043021);并提出了種子激光相位傾斜等實(shí)現(xiàn)PEHG原理的新方案(Phys. Rev. ST-AB. 17 (2014) 070701)。研究發(fā)現(xiàn),相位匯聚原理不僅可以提高外種子自由電子激光的高次諧波轉(zhuǎn)換效率,在粒子加速器領(lǐng)域中還有著更為廣闊的應(yīng)用前景。
PEHG在自由電子激光領(lǐng)域有著極為重要的意義,中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所鄧海嘯博士,受邀參加了2014年08月在瑞士巴塞爾召開的第35屆國際自由電子激光會議并作了“PEHG相關(guān)物理研究”的大會邀請報(bào)告。目前,研究人員正在積極準(zhǔn)備在上海極紫外自由電子激光裝置(SDUV-FEL)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),力爭實(shí)現(xiàn)從概念原理提出到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,都由我國科學(xué)家獨(dú)立完成。本項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金委、國家科技部973項(xiàng)目和中國科學(xué)院的資助支持。
文章鏈接:
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.111.084801
http://iopscience.iop.org/1367-2630/16/4/043021
https://journals.aps.org/prstab/abstract/10.1103/PhysRevSTAB.17.070701

實(shí)現(xiàn)PEHG原理的三種技術(shù)方案:a)電子束能量調(diào)制和相位匯聚均由TGU完成;b)電子束團(tuán)能量調(diào)制和相位匯聚由常規(guī)調(diào)制段和TGU分別完成;c)電子束相位匯聚由波前傾斜的外種子激光完成。
(上海應(yīng)用物理研究所汪蕾提供)