中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)成立于1964年5月,是我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所。发展至今,已形成以探索现代光学重大基础及应用基础前沿、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。研究...
截至2023年12月,上海光机所在职职工1042人(其中高级专业技术人员530人),博士后114人。包括:两院院士7人(其中发展中国家科学院院士3人)、中国科学院外籍院士1人,国家重点研发计划首席科学家9位、国家重大专项副总设计师2人、国家重大专项总体专家组成员9人、全国创新争先奖状2人、何梁何利基金科学与技术进步奖1人、中国青年科技奖(特别奖)1人、国家杰出青年基金获得者7人、国家优秀青年基金获得者4人、1个团队连续获得2项国家基金委创新研究群体支持、国家特支计划领军人才入选者6人、国家特支计划青年拔尖人才入选者5人……
中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)是我国建立最早、规模最大的激光专业研究所,成立于1964年,现已发展成为以探索现代光学重大基础及应用基础前沿研究、发展大型激光工程技术并开拓激光与光电子高技术应用为重点的综合性研究所。重...
上海光机所国际合作工作始终围绕上海光机所的主责主业,以服务重大任务和国家需求为牵引,强化目标导向,注重内外集成协同,加强重大国际合作任务的谋划。坚持“战略布局,需求牵引,技术引领,合作共赢”的原则,基于科技部授予的国家国际科技合作基地及本单位学科技术优势,围绕“一带一路”国家倡议,深化拓展与发达国家实质性合作,夯实海外机构建设,积极培育和发起国际大科学计划,加强国际组织任职推荐,组织相关国际会议等,汇聚各类国际人才,建立以“平台-人才-项目-组织”合作模式,融入全球创新合作网络,助力上海光机所成为国际一流科研机构。上海光机所国际合作一直得到所领导的高度重视,历届所长亲自主管国际合作。1972年,上海光机所接待诺贝尔奖的美籍华裔科学家杨振宁,标志着我所第一次对外开放。2007年,被科技部首批授予“科技部国际科技合作基地”。2016年,科技部首次对全国2006-2008年间认定的113家国际合作基地进行了评估,上海光机所获评“优秀”。2021年,科技部首次对全国719家国际合作基地进行了评估,上海光机所持续获评“ 优秀”。王岐山副主席到上海光机所视察时,对上海光机所近几年取得的系列科技成果,以及重大国际合作项目“中以高功...
作为我国建立最早、规模最大的激光科学技术专业研究所,和首批上海市科普教育基地之一,中国科学院上海光学精密机械研究所(简称:上海光机所)在致力于科技创新的同时,十分重视科普工作。多年来,上海光机所借助科研院所强大的科普资源优势,围绕光学与激光科学技术,积极开展公众开放日、科普讲座、科技课堂、科普作品创...
超强激光科学卓越创新简报
(第二百十一期)
2021年7月22日
上海光机所小型化自由电子激光研究取得突破性进展
中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,利用自行研制的具有国际领先综合性能的超强超短激光装置,在基于激光加速器的小型化自由电子激光研究方面取得突破性进展。研究团队通过显著提升激光尾波场加速的电子束品质,并结合创新设计的紧凑型束流传输与辐射系统,实验上首次实现了基于激光加速器的自由电子激光放大输出,典型激光波长27纳米,最短激光波长可达10纳米级,单脉冲能量可达100纳焦级,国际率先完成了台式化自由电子激光原理的实验验证,对于发展小型化、低成本自由电子激光器具有重大意义。相关研究成果于2021年7月22日作为封面文章发表于《自然》(Nature)杂志。
自由电子激光是实现X射线波段高亮度相干光源的迄今最佳技术途径,X射线自由电子激光可用于探测物质内部动态结构和研究光与原子、分子和凝聚态物质的相互作用过程,极大的促进物理、化学、结构生物学、医学、材料、能源、环境等多学科的发展。研制小型化、低成本的X射线自由电子激光成为其重要的发展方向,对于拓展应用和产生变革型技术都是极其重要的。
超强超短激光驱动的尾波场电子加速机制,可以提供比射频电子加速器高三个数量级以上的超高加速梯度,因而成为研制小型化高能电子加速器的主要技术路线。国际上自2004年首次在实验上取得激光尾波场电子加速的突破以来,利用激光尾波场加速器驱动的小型化自由电子激光,特别是X射线波段的自由电子激光,便成为该领域科学家共同追求的前沿。近年来,激光尾波场加速已经取得许多重要进展,但是对于驱动自由电子激光而言,无论是电子束品质还是稳定性,都还面临着诸多问题与挑战,相关的研究还处于起步阶段。
多年来,上海光机所研究团队一直致力于激光加速电子束品质与稳定性的提升,通过设计特殊的等离子体密度分布结构,优化电子束的注入过程与加速过程,使得电子束综合品质(包括能散、发射度、电量等)得到有效的提升。同时,通过控制电子束相空间演化实现了电子束从等离子体到真空的平稳过渡,并设计相应的束流传输与波荡器辐射系统,实现电子束长距离传输并有效耦合至波荡器中。研究团队首次在实验上观测到极紫外波段的辐射信号,典型的辐射波长27nm,单脉冲辐射能量最高可达150nJ,并通过轨道偏移以及自发辐射定标等方法证明了最后一段波荡器中能量增益高达100倍。这是国际上首次实现基于激光电子加速器的极紫外波段的自发辐射放大输出,对于小型化、低成本的X射线自由电子激光器的研制具有重大意义。
国际同行对于该工作给予了高度评价,“该成果是激光尾波场领域自2004年Nature ‘梦之束’报道以来的又一里程碑式的成果…科学成就是突出的...”“...代表了基于等离子体加速的紧凑型自由电子激光发展的重要一步…所报道的技术将对同行科研人员产生重大影响,是一项重大的技术突破...”
在徐至展、李儒新、冷雨欣历届主任的带领下,强场激光物理国家重点实验室坚持将自由电子激光小型化、台式化这一前瞻研究作为重点方向,持续开展“定向化”研究,经过十年心无旁骛、齐心协力的联合攻关,在小型化自由电子激光领域取得了国际上的里程碑式成果,实现了我国在本领域在国际上的领跑。
未来,研究团队将进一步提升自由电子激光的输出功率和光子能量,并作为上海超强超短激光实验装置(“羲和”激光装置)中超快化学与大分子动力学研究平台的重要组成部分,提供开放共享。
上海光机所历来高度重视基础研究,在强激光物理研究和应用基础领域有着深厚的积淀。所长邵建达表示,上海光机所将在院党组的领导下,坚持以强激光科学与技术为主体的发展定位,坚持需求导向和前瞻引领,聚焦主责主业,进一步夯实研究所在本领域基础研究方面的领先优势,加快原始创新和关键技术攻关,产出更多更优秀的创新成果。
封面
图1 小型化自由电子激光装置示意图
图2 自发辐射放大输出的能量、波长和相干性
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