當(dāng)一束超強超短激光打在直徑50微米的金屬絲上，除了產(chǎn)生高能電子束，還會發(fā)生什么？上海光機所強場激光物理國家重點實驗室徐至展、李儒新、劉建勝等科研人員，在國際上第一次用瞬態(tài)等離子體這一全新介質(zhì)，構(gòu)建了一種微型的瞬態(tài)電子波蕩器。這一最新研究成果2月27日在線發(fā)表于《自然》子刊《自然·光子學(xué)》。這是繼去年獲得創(chuàng)紀(jì)錄高亮度高品質(zhì)電子束重大成果之后，該研究團隊在超強超短激光驅(qū)動的小型化自由電子激光新概念研究方面取得重大原創(chuàng)突破。

自由電子激光被稱為第四代光源，可以提供從遠(yuǎn)紅外到X射線波段的高亮度相干輻射，在物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域具有前所未有的革命性應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的自由電子激光基于射頻加速器產(chǎn)生高能電子束，再利用周期性排布的磁鐵構(gòu)成的波蕩器對電子束進行扭擺與調(diào)制，最后輻射出高亮度相干輻射。無論是射頻電子加速器或由周期性磁鐵構(gòu)成的電子波蕩器都體積龐大、造價昂貴。發(fā)展小型化、低成本的新一代自由電子激光，包括臺式化的波蕩器是科學(xué)界一直夢寐以求追逐的重大目標(biāo)。

所謂波蕩器，通俗地說，就是讓電子像波浪一樣蕩起來。當(dāng)電子改變運動方向，就會發(fā)出光。此次構(gòu)建的微型波蕩器，周期約650微米，相比周期為幾個厘米的傳統(tǒng)波蕩器，在體積上小了幾十倍。此次實驗通過激光與等離子體相互作用產(chǎn)生定向的高能電子束，同時基于電荷分離在金屬絲上瞬間產(chǎn)生一個極強的徑向瞬態(tài)電場，其持續(xù)時間非常短暫，僅在幾個皮秒量級（1皮秒等于一萬億分之一秒），從而實現(xiàn)了一種微型、瞬態(tài)的波蕩器方案。通過改變金屬絲的長度，還首次觀測到了太赫茲輻射強度隨傳輸距離的非線性放大效應(yīng)，放大倍數(shù)達(dá)到10倍以上。這種強太赫茲輻射源有望在材料的探測研究方面獲得重要應(yīng)用。

該項研究中電子束和波蕩器是由同一束激光同時產(chǎn)生，這種波蕩器新概念有望進一步拓展，在短波長甚至X射線自由電子激光等領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。

論文審稿人高度評價了這一成果，指出“這一概念令人驚嘆”“該文將會吸引包括激光器、電動力學(xué)（太赫茲波）、電子束、波蕩器及自由電子激光等領(lǐng)域研究者的興趣。”