【人类的梦想】X射线自由电子激光

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自由电子激光器（FEL），所产生激光束的光学性质与传统激光器一样，具有高度相干、高能量的特点，其不同点在于其特殊的光源产生机制。传统利用气体、液体或固体（如半导体激光器）作为激光介质的激光器，其激光产生会使原本处于束缚态的原子或分子受到激发；对于FEL，激光产生则依靠将在磁场中运动的相对论电子束的动能转换为光子能量。

由于电子束可以在磁场中自由移动，故命名为“自由电子激光器”。激光产生过程中没有传统意义上的介质，不需要实现粒子数反转，因此，这种激光不依赖于受激发射。自由电子激光器的核心是电子源（通常是粒子加速器）与相互作用区（把电子动能转换为光子能量）。

由于自由电子处于连续态，从理论上说其辐射波长不受固定波长限制。自由电子激光器比任何传统激光器都具有更宽的频带，因此调谐范围更宽，当前可涵盖微波，太赫兹，远红外，可见光区，甚紫外直至X射线。

人民网柏林7月1日电  （记者刘华新）

　　随着一条长达3.4公里的地下隧道正式动工，“欧洲Ｘ射线自由电子激光”项目的核心工程6月30日在德国汉堡开始建设。这一隧道工程预计于２０１４年完工，２０１５年进行首次科研实验。

　　据德国媒体报道，“欧洲Ｘ射线自由电子激光”设施是世界上首个能产生高强度短脉冲Ｘ射线的激光设施。这一大型科研项目由德国和欧洲其他１１个国家共同参与，将建设3条直径不同的地下隧道，总长度接近６公里，总耗资超过１０亿欧元，德国出资54%。

　　“欧洲Ｘ射线自由电子激光”设施建成后，能产生波长从０．１到６纳米间可调的、极高强度的飞秒（１飞秒等于千万亿分之一秒）级短脉冲Ｘ射线相干光。其应用范围将涉及物理、化学、材料科学、生物学和纳米技术等广泛领域，将为人类认识微观世界打开全新视野。

　　点  评

　　魏志义（中国科学院物理研究所研究员）：欧洲自由电子激光项目是目前计划中全世界最大的自由电子激光装置，2015年开始运行后，将能输出波长短至0.1纳米、脉冲宽度不到100飞秒、重复频率达每秒27000次的相干X射线，从而为科学家认识微观世界提供前所未有的强大手段。

　　自由电子激光的原理与同步辐射类似，都是利用加速到高能量的电子辐射而产生极短波长的X射线闪光。但与目前最先进的第三代同步辐射光源相比，自由电子激光产生的X射线不仅具有激光的特点（相干性），而且波长更短、脉冲宽度更窄（闪光时间更快），特别是其峰值亮度比第三代同步光源高了近10个量级, 相比最好的常规X射线源产生的X射线，不仅峰值亮度高10多亿倍，而且平均亮度也高万倍以上。实际上，全世界第一台自由电子激光FLASH也建于德国汉堡，于2004年试运行后，曾创造了波长13.5—13.8纳米的自由电子激光纪录，并首次得到了非晶样品的高分辨率衍射图像。相比FLASH装置，欧洲自由电子激光装置的波长不仅短了60倍，而且能量更高。

　　目前国际上建成的X射线自由电子激光还有位于美国加州的装置和日本的装置，它们先后于2009年和2010年开始试运行。在设计上，欧洲自由电子激光装置具有独特的-271摄氏度的低温超导加速技术，重复频率远高于其它约每秒100次左右的水平。

　　这类具有超快、超强特点的X射线激光装置的建成，将为科学家和工业用户打开全新研究机遇的大门，从而提供从未接近过的研究领域，如绘制病毒原子的详细结构、解密细胞分子的构成、拍摄纳米世界的三维图像、“冻结”化学反应的过程等等。

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X射线？！对不可见光不感兴趣
激光不一定要高功率，只要够亮够骚~