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7月22日，中国科学院上海光学与精细力学研究所、上海科技大学等联合研究团队基于激光加速器的小型化自由电子激光器研究成果作为封面文章发表在国际顶级学术期刊《自然》 (Nature)上。中国科学院上海光学力学研究所研究员、上海科技大学党委书记、副校长、中国科学院院士李如新是本文的通讯作者之一。

中国科学院上海光学与精细力学研究所高场激光物理国家重点实验室利用自主研发的综合性能国际领先的超短激光装置，在基于激光加速器的小型化自由电子激光器研究方面取得突破。研究团队通过显著改善由激光尾流场加速的电子束质量，并结合紧凑型束传输和辐射系统的创新设计，对首次实现了基于激光加速器的自由电子激光放大输出，典型激光波长27nm，最短激光波长可达10nm级，单脉冲能量可达100nJ级，国际率先完成了台式化自由电子激光原理的实验验证，对于发展小型化、低成本自由电子激光器具有重大意义。进行了实验

X射线自由电子激光器是实现X射线波段高亮度相干光源的最佳技术途径。x射线自由电子激光可以用来探测物质的内部动态结构，研究光与原子、分子、凝聚态物质的相互作用过程，极大地推动了表面物理、半导体物理、凝聚态物理、化学、结构生物学、医学、材料、能源、环境等学科的发展。小型化、低成本的X射线自由电子激光器的发展已经成为一个重要的发展方向，对于拓展应用和产生创新技术极其重要。

超强超短激光驱动的尾波场电子加速机制，可以提供比射频电子加速器高3个数量级以上的超高加速梯度，因此成为发展小型化高能电子加速器的主要技术路线。自2004年国际上首次在激光尾迹场实现电子加速突破以来，由激光尾迹场加速器驱动的小型化自由电子激光器，尤其是X射线波段的自由电子激光器，成为该领域科学家追求的前沿。近年来，在加速激光尾流场方面取得了许多重要进展。然而，对于驱动自由电子激光器来说，无论是电子束质量还是稳定性都还存在很多问题和挑战，相关研究还处于起步阶段。

多年来，上海光学力学研究所的研究团队一直致力于提高激光加速电子束的质量和稳定性。通过设计特殊的等离子体密度分布结构，优化电子束的注入过程和加速过程，提高了电子束的综合质量(包括能量耗散、发射度、电学等)。)得到有效改善。同时，通过控制和优化电子束相空间的演化，实现了电子束从等离子体到真空的平滑过渡，并设计了相应的束流传输和波荡器辐射系统，实现了电子束到波荡器的长距离传输和有效耦合。研究团队首次观测到极紫外波段的辐射信号，典型辐射波长为27nm，单脉冲辐射能量高达150nJ。通过轨道迁移和自发辐射校准，证明了波荡器末级的能量增益高达100倍。这是世界上首次基于激光电子加速器放大输出EUV波段自发辐射，对发展小型化、低成本的X射线自由电子激光器具有重要意义。

国际同行高度评价这项工作。“这一成果是自2004年《自然》年‘梦光束’报道以来，激光尾波领域的又一个里程碑式的成果.科学成就突出。毫无疑问，这一里程碑将为新的应用创造新的可能性……”".代表了基于等离子体加速的紧凑型自由电子激光器发展的重要一步.报道的技术将对是一项重大的技术突破研究员产生巨大影响……”".作者的作品是一流的，让最广泛的相关读者能够欣赏到实验研究团队所取得的巨大成就。我祝贺小型自由电子激光器的实现

5px;">未来，研究团队将进一步提升自由电子激光的输出功率和光子能量，并作为上海超强超短激光实验装置（“羲和”装置）中超快化学与大分子动力学研究平台的重要组成部分，提供开放共享。

中国科学院上海光学精密机械研究所为该论文的第一完成单位，上海科技大学为共同通讯作者单位。上科大与光机所联合培养博士生蒋康南是共同作者之一。相关的研究工作得到了国家基金委重大仪器专项、中科院战略先导专项（B类）、国家基金委重大和中科院青促会优秀会员等项目的支持。