日前，苏格兰斯特拉斯克莱德大学的一支研究团队，已经成功实现了在紫外光谱区产生相干光，该方法为开发台式X射线源指明了方向。为此，研究团队的科学家们开发了一种超短波长相干光源，并且无需激光产生相干性。

相干光源是强大的工具，在医学、生物学、材料科学、化学和物理学等领域都有研究应用。常见的电子束光源被称为第四代光源，是基于自由电子激光器（FEL）而生成，并使用短波荡器将电子束能量转换为X射线。

该研究团队表示，这种产生相干辐射的新方法可以彻底改变光源的生成。通过新方法可以使光束高度紧凑，基本上是台式机的尺寸大小，并且可以产生超短持续时间的激光脉冲，比现在的任何方式都要短得多。而更广泛地使用紫外线和X射线相干光源将改变开展科学工作的方式。

团队成员正计划在紫外光谱范围内进行原理验证实验，以论证产生相干光源的可行性。如果成功，它将会显着加速更短波长相干光源的开发。该小组已经建立了一个设施来研究这些光源类型，并得到苏格兰等离子体加速器应用中心的支持，那里拥有英国最高功率的激光器。目前，研究团队已经在Scientific Reports上发表了成果。

■来源：scitechdaily

作为研究项目的牵头人，Dino Jaroszynski博士表示：“我们提出了一种产生短波长相干辐射的新方法即使用短波荡器和阿秒（10-18秒）持续时间电子束，并显着提高了同步加速器源的最新技术水平。”

他接着谈到，与自由电子激光器相比，这种方法产生的光束更紧凑，对电子束质量的要求也更低，并且可以提供光源的模式转变，这将激发新的研究方向。该方法通过在波荡器内使用束压缩的方式（类似啁啾脉冲放大激光器），以显着提高辐射亮度。

自由电子激光器和其他激光器一样，光束强度的放大是通过一种反馈机制，该机制锁定单个辐射器的相位，接着就产生了“自由”电子。在自由电子激光器中，高能电子束是通过波荡器实现的，而波荡器是一组交替极性的磁铁。

当电子通过波荡器进行摆动时，电子发出的光会产生一种称为“质动力”的力，该力将电子聚集在一起并实现加速和减速的功能。如果电子是均匀分布的，则穿过波荡器的电子会辐射出非相干光。对于每个发光的电子，都有另一个电子会部分抵消光。

对于自由电子激光器，电子聚集会导致光的放大和相干性的增加，但通常需要很长时间，因此就需要很长的波荡器。在X射线自由电子激光器，波荡器的长度可以超过100米。驱动X射线自由电子激光器的加速器可达数公里，这样就使得这些设备非常昂贵，体积也无比庞大。

然而，使用自由电子激光器产生相干辐射并不是唯一的方法。“预聚”光束或超短电子束同样可以在长度不到1米的短波荡器中实现完全相同的相干性。只要电子束比波荡器产生光的波长短，就会自动产生相干光——所有的光波都会相加或干涉，从而产生相同性质且高亮的光。

研究团队在理论层面已经验证了，通过激光等离子体尾场加速器可以实现上述结果，该加速器可以产生长度为几十纳米的电子束。如果这些超短的高能电子束通过一个短波荡器，就能产生出与昂贵的自由电子激光器一样多的电子。

此外研究团队还表明，通过产生具有能量“啁啾”的电子束，他们可以在波荡器内将电子束产生压缩到非常短的持续时间，这为获得更短电子束提供一种全新的途径，从而可以生成更短波长的激光。