最强X射线激光器问世！| 激光快报

行业资讯

最强X射线激光器问世，或将实现“拍摄”原子周围跳跃的电荷

近日，位于美国加利福尼亚州的LCLS-II X射线激光器经过升级后，成功产生了首束光束，该激光器在满负荷运转时每秒将产生100万个X射线脉冲，因此成为了全球最强性能的X射线激光器。据悉，美国政府耗资11亿美元在SLAC国家加速器实验室升级直线加速器想干光源（LCLS）的工作已经开展了十余年，本次升级后仪器的重复频率（即在特定时间内发射的脉冲数量）提升了约8000倍，激光的平均亮度增强了1万倍。加州劳伦斯国家实验室的Junko Yano研究员表示其已申请采用LCLS-II X射线激光器来探索金属周围电荷的分布方式，以及复合物周围电子“自旋”变化模式。若采用LCLS-II X射线激光器成功实现了相关实验，材料、生物和化学等诸多基础学科的研究或将迎来新的革命。

（图片来源：Alberto Gamazo/SLAC National Accelerator Laboratory）

来源：

https://www.nature.com/articles/d41586-023-02874-1

意大利科学家测量地球每天的摆动，精确到毫秒

近日，据泰晤士报报道，意大利巴里理工大学研究人员利用激光陀螺仪实现对地球自转特性的精确测量。据悉，该激光陀螺仪位于德国南部Wettzell的一个大地观测站地表，并且在探测极地和旋转运动相关的地球物理信号时，其分辨率可达十亿分之五，可实现地球自转速率的精确测量。该科学突破将对大地测量学和地球物理领域发展起到重要的促进作用。

（图片来源：The Sunday Times）

来源：

https://www.nature.com/articles/s41566-023-01293-y 

https://www.thetimes.co.uk/article/scientists-measure-earths-daily-wobble-to-nearest-millisecond-j9rmgd6xc 

2023全球激光显示技术与产业发展大会顺利召开

（图片来源：新华网）

9月19日，2023全球激光显示技术与产业发展大会在青岛举行，根据大会发布的《2023年激光显示产业高质量发展白皮书》显示，激光显示技术在应用场景方面全域崛起。主流应用场景比如家用、工程、商务、教育等在今年上半年继续高歌猛进，收获20%-40%的同比增长，中国电影院线已经有60%以上的投影机更新成了激光光源。而网红餐饮、户外露营、智慧文博等新兴场景，在今年上半年，激光显示实现了2倍以上的规模增长。

来源：

http://www.news.cn/photo/2023-09/19/c_1129871764.htm

军事资讯

英国政府追加1.3亿英镑军需订单，包含激光定向能武器

(图片来源：NASA)

近日，据路透社报道，英国政府继7月与BAE系统公司签订了2.8亿英镑军需品合同后，又追加了1.3亿英镑的的军需订单，其中包括了激光定向能武器。英国军事科技公司Qinetiq的首席执行官表示，将会增加新设施用于加快激光定向能武器的研发。

来源：

https://www.reuters.com/business/aerospace-defense/britain-orders-more-munitions-ukraine-war-boosts-uk-defence-2023-09-12/

科研成果

利用100 kJ激光设备实验验证混合驱动惯性聚变的驱动升压和平滑

核聚变与太阳能的反应过程相同，具有安全、清洁、廉价和可靠的潜力，长期以来被视为理想的能源选择。20世纪60年代初以来，各国科学家们一直致力于探索如何利用高功率激光来压缩热核材料，以实现点火反应。作为大国重器之一的激光驱动惯性约束聚变技术，主要通过将激光能量转化为驱动压力内爆压缩燃料，在燃料运动惯性的支持下点火燃烧，进而获得聚变能量。迄今为止，采用高温烧蚀压力驱动内爆的间接驱动和直接驱动两种方案研究氘-氚燃料的点火和燃烧已有几十年的研究历史。在激光驱动惯性约束核聚变中，驱动压力的提升和平滑是一大挑战，相关的研究突破将能够实现稳定的内爆和点火，进而获得聚变能量。

（图片来源：Nature Communications）

近日，中国工程物理研究院、北京应用物理与计算数学研究所、北京大学和深圳技术大学的研究团队在Nature Communications期刊发表了题为“Experimental confirmation of driving pressure boosting and smoothing for hybrid-drive inertial fusion at the 100-kJ laser facility”的文章，研究将半球形和平面烧蚀靶安装在由设计的点火靶半圆柱形热腔中，在43 ~ 50 kJ的间接驱动激光能量条件下，实现了200 ± 6 eV的峰值辐射温度；当直接驱动激光能量为3.6 ~ 4.0 kJ、功率密度为1.8 × 10¹⁵ W/cm²时，半球形和平面靶的增强混合驱动压力分别达到辐射烧蚀压力的3.8 ~ 4.0倍和3.5 ~ 3.6倍。研究结果证明了混合驱动方案在驱动惯性聚变的驱动升压和平滑等优势，并为激光驱动惯性约束聚变的稳定内爆和高聚变能打下了夯实的基础。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41477-2

基于金属材料的激光驱动加速器，实现超高电子加速能力

如何实现电子-光子强相互作用，是激光驱动加速器中的重要科学问题之一。为了提高电子的加速度梯度，研究者们已针对基于电介质材料的激光加速器开展了研究，并实现了迄今为止最高的平均加速度梯度，但平均加速度梯度与入射激光场的比值仍然很低。相比于介电材料，金属表面等离子体近场可以被限制在纳米尺度，并且在理论上能够提供比入射光场更大的加速度梯度，因此基于金属材料激光驱动加速器的研制，将助力片上紧凑加速器的发展和突破。

近日，中国科学院、松山湖材料实验室和南方科技大学的研究人员在Nature Communications期刊发表了题为“Efficiently accelerated free electrons by metallic laser accelerator”的文章。研究提出了一种基于金属材料的片上激光驱动加速器设计方案，并利用超快透射电镜进行了测试，实验结果表明：本研究制备的基于金属材料的激光驱动加速器具有卓越的电子加速能力，在相位匹配条件下，自由电子在周期性纳米结构上能够实现高效、连续地加速；此外在“领结”状纳米结构的加速器中，还观察到了具有不对称特征的电子能量损失谱，并且绝大多数电子处于能量增益态。由于表面等离子体增强和非线性光学效应的存在，本研究获得了最大为0.335 GeV/m的加速度梯度。研究结果为提高激光驱动加速器的片上加速性能，以及对量子能态调制的进一步研究提供了参考。

（图片来源：Nature Communications）

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41624-9 

激光等离子体加速器中极化电子束的碰撞脉冲注入

自旋极化电子束在原子、核和粒子物理中具有重要的基础意义。由于极化电子可用于产生极化光束和极化正电子束，因此在高能物理、材料物理和天体物理等领域具有广泛的用途。传统的极化电子束的产生方法主要包括依赖于射频技术的极化存储环和极化光电阴极，

近日，来自德国电子同步加速器研究所和马克斯-普朗克研究所的研究人员利用碰撞脉冲注入实现产生了高极化(>90%)、高电荷量(数十个pC)和低标准化发射度(＜1 mm mrad)的电子束。由于碰撞激光脉冲特性产生了易调节的自由度，其在注入过程中可控制注入束的相空间体积和自旋退极化，因此作者团队利用贝叶斯优化对自由度进行调整，实现产生了高质量、高极化的电子束。研究成果以“Colliding pulse injection of polarized electron bunches in a laser-plasma accelerator”为题发表在了Physical Review Letters期刊。

（图片来源：Physical Review Letters）

论文链接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.5.033205

科学编辑 | 赖寿强/陈金兰 厦门大学电子科学与技术学院

编辑 | 邹晓旭