近日，上海光源中心自由電子激光團(tuán)隊(duì)在X射線自由電子激光振蕩器研究中提出了一種產(chǎn)生渦旋X光的方法。研究表明，僅僅通過增益失諧的調(diào)節(jié)，X射線自由電子激光振蕩器的輸出就可以從傳統(tǒng)的高斯光變?yōu)闇u旋光。7月17日，相關(guān)成果以研究快報(bào)形式發(fā)表于《光學(xué)》。據(jù)悉，這是該刊發(fā)表的第一項(xiàng)X射線自由電子激光物理方面的研究工作。

X射線自由電子激光振蕩器產(chǎn)生全相干渦旋X光示意圖。上海高等研究院供圖

　　渦旋光是一種特殊性質(zhì)的光，其產(chǎn)生、調(diào)控和探測是光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。渦旋光已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域，包括數(shù)據(jù)傳輸、操縱微觀粒子運(yùn)動和精密測量等。渦旋光的產(chǎn)生通常需要螺旋相位板或全息光柵等難以加工的光學(xué)器件，非常不易，尤其是X射線渦旋光的產(chǎn)生是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

　　自由電子激光是一種基于粒子加速器的先進(jìn)光源，可以產(chǎn)生高亮度，短脈沖的X射線，渦旋光與自由電子激光結(jié)合有望為光子科學(xué)提供新的機(jī)遇。目前，自由電子激光產(chǎn)生渦旋X光的方案需要螺旋波蕩器，并且要工作在調(diào)制激光的高次諧波上，同樣不容易實(shí)現(xiàn)。

　　為了解決這個(gè)問題，研究人員提出了一種在X射線自由電子激光振蕩器中產(chǎn)生全相干渦旋光的方法。該方法無需光學(xué)轉(zhuǎn)換元件和螺旋波蕩器，僅僅利用了增益失諧來控制高階橫向模式的增益，從而在傳統(tǒng)X射線自由電子激光振蕩器中自然地產(chǎn)生渦旋光�；�于上海硬X射線自由電子激光裝置的模擬結(jié)果顯示，該方法能在1兆赫茲重復(fù)頻率下產(chǎn)生單個(gè)脈沖能量為100微焦的渦旋X光束。論文通訊作者、中科院上海高等研究院研究員鄧海嘯告訴《中國科學(xué)報(bào)》，這是目前全相干渦旋X光的唯一產(chǎn)生方案，對于進(jìn)一步拓展X射線自由電子激光振蕩器研究、開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)方法有重要意義。

　　據(jù)了解，2008年X射線自由電子激光振蕩器概念提出以來，上海光源中心自由電子激光團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在X射線自由電子激光振蕩器研究方面取得多項(xiàng)進(jìn)展，持續(xù)推動相關(guān)研究發(fā)展。2012年，提出了X射線自由電子激光振蕩器的諧波運(yùn)行模式，在該模式下，中等能量電子束團(tuán)可以驅(qū)動X射線自由電子激光振蕩器，極大降低了對電子束能量的要求。2018年，提出了增益光導(dǎo)型X射線自由電子激光振蕩器，在沒有聚焦元件狀態(tài)下，增益自聚焦效應(yīng)可以維持X射線自由電子激光振蕩器的橫向模式，而輸出效率和穩(wěn)定性不受影響。

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