PRL亮點文章報導重離子所黃森林等阿秒XFEL新進展

beat365重離子物理研究所黃森林副教授與美國SLAC國家加速器實驗室合作，在國際上首次産生了200阿秒的高亮度X射線脈沖（此前XFEL的最短脈沖長度為幾個飛秒）。這一工作近日作為亮點文章發表在《物理評論快報》上[S. Huang et al., Physical Review Letters 119,154801 (2017)]，同時被Physics的編輯選為特别關注并進行了報道。

自由電子激光是一種具有廣泛用途的全相幹光源，波長可覆蓋太赫茲至硬X射線波段。X射線FEL 采用大型射頻直線加速器将電子能量加速至10GeV左右，并通過色散結構壓縮電子束團，壓縮後的電子束團在波蕩器的周期性磁場中作扭擺運動從而輻射出X射線。X射線脈沖長度一般由電子束團長度決定，而将電子束團壓縮到阿秒十分困難。2014年，黃森林和SLAC及勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）的同事共同提出了獲得更短脈沖的新方案。在這一方案中，電子束團在時間－能量的相空間内形成角狀分布，具有強而窄的電流尖峰和較長的低電流拖尾，隻有尖峰部分有足夠的強度産生自由電子激光，從而可獲得幾百阿秒的X射線脈沖。最近在LCLS的實驗中成功實現了這一方案，通過優化加速器參數及電子束團電荷量，産生了200阿秒、光子能量為5.6 千電子伏和9千電子伏的X射線激光脈沖。這一方案不需對現有XFEL裝置進行任何複雜的升級改造，因此也可在國際上其它類似的XFEL裝置上實現阿秒X射線脈沖。阿秒時間尺度的X射線對研究原子及分子尺度上的電子動力學具有重要作用。

beat365重離子物理研究所射頻超導與自由電子激光課題組黃森林副教授為論文第一作者，SLAC合作者中丁原濤研究員為beat365校友、黃志戎教授為beat365客座教授。在LCLS上的實驗工作由丁原濤研究員負責。國家重點研發專項（批準号：2016YFA0401904）部分資助了該項研究。