上海应物所自由电子激光物理研究取得系列进展

近期，中国科学院上海应用物理研究所科研人员在自由电子激光物理研究领域取得了一系列新进展。

1.相位汇聚高次谐波放大(PEHG)自由电子激光后续研究进展

外种子机制是短波长自由电子激光的一个重要发展方向。目前，人们已经相继提出了高增益高次谐波放大(HGHG)和回声高次谐波放大(EEHG)等外种子自由电子激光机制。但是，外种子自由电子激光的谐波转换次数通常会受到直线加速器所产生电子束能散的限制，较难向更短的波长发展。上海应物所科研人员于2013年提出了相位汇聚高次谐波放大（PEHG）自由电子激光运行模式（Phys. Rev. Letts. 111 (2013) 084801），能够有效地克服电子束能散的限制，从而大大提高谐波转换次数。PEHG为未来全相干X射线自由电子激光装置的建设提供了一种非常有吸引力的方案。

在后续研究中，研究人员从三维的束流物理学出发，详细分析了相位汇聚（phase-merging）的物理机制，系统地研究了PEHG对种子激光、电子束、波荡器的各种参数的依赖关系(New J. Phys. 16 (2014) 043021)；并提出了种子激光相位倾斜等实现PEHG原理的新方案(Phys. Rev. ST-AB. 17 (2014) 070701)。研究发现，相位汇聚原理不仅可以提高外种子自由电子激光的高次谐波转换效率，在粒子加速器领域中还有着更为广阔的应用前景。

PEHG在自由电子激光领域有着极为重要的意义，上海应物所邓海啸博士受邀参加了2014年8月在瑞士巴塞尔召开的第35届国际自由电子激光会议并作了“PEHG相关物理研究”的大会邀请报告。目前，研究人员正在积极准备在上海极紫外自由电子激光装置（SDUV-FEL）进行相关实验，力争实现从概念原理提出到实验验证，都由我国科学家独立完成。该项研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部“973”项目和中国科学院的资助支持。

图1.实现PEHG原理的三种技术方案：a.电子束能量调制和相位汇聚均由TGU完成；b.电子束团能量调制和相位汇聚由常规调制段和TGU分别完成；c.电子束相位汇聚由波前倾斜的外种子激光完成。