中科院上海應用物理研究所的研究人員在長期開展自由電子雷射物理和實驗研究的基礎上，提出了中等能量電子束團驅動的X射線自由電子雷射振蕩器的概念。相關研究成果於近日在《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett 108, 034802 (2012)）上發表。
研究表明，利用布拉格波長為波蕩器高次諧波波長的晶體組成X射線諧振腔，可以實現X射線自由電子雷射振蕩器的諧波運行。這種全新的工作模式在3.5GeV能量電子束團驅動下，可以產生峰值功率MW量級、光子能量10~25keV、時間空間全相干硬X射線自由電子雷射，其峰值亮度與現有高能X射線自由電子雷射相當，而平均亮度更是高出3個量級，有望為不同的應用研究領域開創新的機遇。
本項研究成功降低了X射線自由電子雷射裝置的規模和造價，對於緊湊型X射線自由電子雷射的發展有著極為重要的意義，有利於X射線自由電子雷射的普及。目前，研究人員正在積極開展後續研究，如基於衍射極限環驅動和自種子驅動的中等能量X射線自由電子雷射諧波放大器等。中等能量X射線自由電子雷射振蕩器的出現，將大幅提高能量回收型和超導高重複頻率直線加速器的競爭力和性價比。
X射線自由電子雷射的出現，滿足了生命科學和材料科學等研究領域對更先進光源的需求。世界上第一臺X射線自由電子雷射美國的LCLS電子束能量為14.3GeV，2011年出光的日本SACLA自由電子雷射電子束能量為8GeV。目前國際上在建和設計中的X射線自由電子雷射裝置有歐洲（17GeV）、韓國（10GeV）和瑞士（5.8GeV）等。因此，在不降低性能的前提下，如何有效地降低X射線自由電子雷射裝置的規模和造價，是先進光源領域的一個研究熱點。
本研究得到了國家自然科學基金、上海市自然科學基金和國家科技部「973」等項目的資助支持，由中國科學院上海應用物理研究所助理研究員鄧海嘯指導碩士研究生戴進華完成。
中等能量X射線自由電子雷射振蕩器示意圖
中等能量X射線自由電子雷射振蕩器輸出輻射脈衝特性。藍色為時域結構、紅色為頻域結構。X射線從噪聲起振以後，經過高單色性布拉格諧振腔的篩選，逐漸演變為時間空間全相干的MW量級輻射。
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