技术里程碑！红外自由电子激光器在双色模式下的首次运行 | OE NEWS

自由电子激光器在世界范围内有十几个，在尺寸（从几米到几公里）、波长范围（从微波到硬X射线）和成本（从数百万到十几亿）方面都有很大差异。然而，它们却能都产生强烈而短暂的辐射脉冲。在过去的几十年间，自由电子激光器已经成为重要的辐射源，在基础研究和应用科学中有着广泛的应用。

而FHI的研究人员现在与美国合作伙伴共同开发了一种方法，可以同时产生两种不同颜色的红外脉冲。这一创新对于研究固体和分子中的时间过程尤为重要。

在自由电子激光器中，电子束首先被电子加速器加速到极高的动能，几乎达到光速。然后，快速电子通过一个波荡器，在周期性变化极性的强磁场作用下，被迫走上一条曲折的路径。

电子的振荡导致电磁辐射，通过调节电子能量和/或磁场强度可以改变电磁辐射的波长。基于这个原因，FELs可以用于在电磁波谱从长太赫兹到短X射线波长的几乎所有产生类似范围内的激光辐射。

自2012年以来，FEL一直在FHI运行，可产生中红外（MIR）范围内的强烈脉冲辐射，波长在2.8~50 μm之间连续可调。

近年来，FHI的科学家和工程师致力于双色扩展，并开展第二个FEL分支，以产生波长在5~170 μm之间的远红外辐射。FIR-FEL分支包括一个新的混合磁体波荡器，由FHI专门建造。此外，在线性加速器（LINAC）后面安装了用于电子横向偏转的500 MHz冲击腔。反冲腔可以以每秒10亿次的速度改变高能电子束的方向。

2023年6月，FHI团队首次展示了新型FIR-FEL的“激光发射”，将来自LINAC的所有电子束导向FIR-FEL。2023年12月，他们进行了首次演示双色操作。在这种模式下，冲击腔中形成的强振荡电场使每隔一个电子束向左偏转，每隔一个电子束向右偏转。

于是，LINAC的高重复率（1 GHz）的电子束流被分成两个束流，每个束流具有一半的重复率；一个转向旧的MIR-FEL，另一个转向新的FIR-FEL。在每个FEL中，通过改变波荡器磁场强度，可以将波长连续调谐到原来的四倍。

十年来，FHI-FEL使FHI的研究小组能够进行从气相团簇、纳米粒子和生物分子的光谱到非线性固态光谱和表面科学的各种实验。目前已发表了大约100篇同行评审期刊。

这种新的双色模式在世界上任何其他红外自由电子激光器设施中都不存在，它将使新型实验成为可能，如MIR/MIR和MIR/FIR泵浦探测实验。这有望为从物理化学、材料科学、催化研究到生物分子研究等不同领域的实验研究带来新的机遇，从而有助于新材料和药物的开发。

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