超強大 X 射線系統  突破雷射領域界線

能源部SLAC國家加速器實驗室的研究人員使用了一種新方法–加強LCLS(Linac Coherent Light Source,直線加速器相干光源)-X射線自由電子雷射系統，試著突破X射線雷射領域的界線。其團隊於《Physical Review Letter》上發表的成果表示，透過使用CPA(啁啾脈衝放大，一種放大雷射脈衝直到10¹⁵瓦水平的技術)技術，X射線雷射系統能產生比以往強10倍的雷射，同時保持LCLS的現有自由電子的基礎架構。主要研究學者李浩源說：「通過X射線的線性調頻脈衝放大，我們已經證明我們可以同時實現大於10¹⁵瓦的功率與約1飛秒持續時間等有影響力的光束參數。」

LCLS(直線加速器相干光源)的原理類似於原子解析度的相機，它能在極短時間內拍攝分子中的微小變化，這項技術也對各種領域像是生物分子動力學、天體物理學和光子與物質的相互作用的觀察起到了極大幫助。然而，增加雷射的功率會造成不準確的成像。為避免這種狀況，科學家只能犧牲高功率換取較好的成像結果，而過去10年間，科學家們仍舊沒有找到解決方法。

CPA是由羅切斯特大學物理學家Donna Strickland和Gerard Mourou在1980為了增加光學雷射系統的功率而設計的，並成功在2018獲得諾貝爾獎。儘管CPA改變了光學雷射系統的高能脈衝生成，但其仍然難以適應X射線的波長。李教授與它的同事通過設計與實現埃(十億分之一米)波長的晶體光學系統，了解了X射線如何在晶體中反射，此過程稱為—非對稱布拉格反射。並延伸應用在CPA機制上解決其難以適應X射線波長的問題。

最終通過詳細的數值建模，研究人員設計出一種CPA方法，用於現在的自由電子雷射系統中並生成高強度的X射線脈衝。李教授說：「建構完整的系統會是一項大工程。我們想透過實驗證明，從微型模型開始，逐步去完善符合系統要求的壓縮機與拉伸器。將這些技術融合經驗與教訓並應用在X射線波長上，可以使我們在未來獲得更明亮的X射線雷射光源。」（編譯／高晟鈞）

資料來源:PHYS.ORG

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