《表1 国际上高增益自由电子激光装置的主要参数》

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《“大连相干光源”为化学反应中的分子“拍电影”》

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20世纪80年代，自由电子激光器一度成为美国“星球大战”相关武器计划中的最有希望的候选者，从而推动了该领域的飞速发展。近年来，自由电子激光技术由低能量、长波长的低增益模式（主要工作在太赫兹、中远红外和可见光区域），发展到如今更为先进的高能量、短波长的高增益模式（主要工作在紫外、X射线区域），工作模式包括无种子激光的自放大自发辐射[4]（self-amplified spontaneous emission，SASE）、种子激光驱动的高增益高次谐波放大[5](high-gain harmonic generation，HGHG）和回声高次谐波放大[6-7](echo-enabled harmonic generation，EEHG）3种类型，且都得到了实验验证。为了抢占国际最高科技顶峰，世界各科技强国均将高增益自由电子激光的发展列为其未来科技发展计划的重要内容并予以优先支持和实施。2006年3月，德国的电子同步辐射加速器（deutsches elektronen-synchrotron，DESY）的TESLA测试设备TTF(tesla test facility）升级为用户装置FLASH(freeelectron laser in hamburg），实现了13.1 nm SASE出光[8]，2年后，FLASH又实现6.5 nm SASE出光[9]，将高增益FEL推进到了软X射线波段；2009年4月，美国直线加速器相干光源（linac coherent light source，LCLS）实现了0.15 nm的SASE出光[10]，标志着FEL正式进入了硬X射线时代，目前正在研制更为先进的高重复频率自由电子激光装置LCLS-II；2011年6月，日本的SACLA(spring-8 angstrom compact free electron laser）成功实现了0.06 nm SASE出光[11]，成为目前世界上波长最短的硬X射线激光；意大利的FERMI[12]、韩国的PAL FEL[13]、瑞士的Swiss FEL[14]、欧盟的European XFEL[15]等装置也均于近年相继建成出光。中国除了“大连相干光源”以外，另有2014年启动的“软X射线自由电子激光”（SXFEL）和2018年启动的“硬X射线自由电子激光”（SHINE）等装置，目前正在建设中。国际上目前运行和在建的高增益自由电子激光装置的主要参数见表1。