作為我國最新一代光源“極紫外自由電子激光裝置”，“大連光源”即“基于可調極紫外相干光源的綜合實驗研究裝置”終于進入正式運行階段。
近日，這個由中科院大連化學物理研究所和上海應用物理研究所聯合研制的項目一期通過專家驗收，標志著該裝置完成各項建設任務。據公開資料顯示，“大連光源”于2012年獲得國家自然科學基金委的立項資助，專項經費1.033億元。這個花費上億元研制的高端先進儀器設備，究竟可以用來做什么，成為備受矚目的問題。
“光源”，顧名思義，就是自己能夠發光的物體，其最大用處就是照亮周圍的世界，幫助人類更好地去認識和改造我們生活的環境。縱觀人類文明史，最偉大的進步之一就是發明了電燈，從某種意義上說有了電燈，人類就可以照亮世界上任何一個黑暗的角落。
同樣的道理，“大連光源”也是一臺能夠自己發出光線，從而幫助人類探索未知世界的科學儀器。只不過，“大連光源”發出的光線不是我們熟知的可見光，而是極紫外光，亮度極高的極紫外激光光束——這種光束是以自由電子作為工作介質產生的，因此又被稱為“極紫外自由電子激光”。
極紫外光是整個光譜當中非常有用的一個波段，可以探測物質的分子、原子和外殼層電子結構最重要的區域。換句話說，“大連光源”發出的極紫外光束可以捕捉到分子、原子在化學反應中的動態影像，能夠用來給分子、原子“拍電影”，這在以往是難以想象的。
分子、原子是構成物質的最基礎的微觀粒子，物質的一切外在性質和狀態都由其分子、原子的結構所決定。因此，探索分子、原子的結構對于研究物質的物理性質、化學性質、生命基本性質、材料性質和功能等具有本質上的提升作用。
從這個意義上說，“大連光源”對于能源、化學、物理、生物、醫學、材料等多個自然科學領域都具有革命性的推動作用。
說起“大連光源”的建設，最早要追溯到2011年。當時，由楊學明、趙振堂、王東領導的大連化物所和上海應物所聯合研發團隊，提出了在我國率先建設基于國際上新一代極紫外高增益自由電子激光的綜合實驗裝置的計劃。
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2012年，該項目獲得國家自然科學基金委立項資助，2014年10月，“大連光源”實驗樓正式破土動工。2016年9月24日，在不到兩年的時間里，項目組完成了主要基建工程和主體光源裝置的研制，并實現了光源裝置的首次出光，創造了同類大型科學裝置建設的新紀錄。
后又經過兩個多月的調試，“大連光源”先后實現了自發輻射自放大模式和高增益諧波放大模式飽和出光，成為我國第一臺大型自由電子激光科學研究用戶裝置，也是當今世界上唯一運行在極紫外波段的自由電子激光裝置。
按照“大連光源”項目團隊的說法，該設備可以工作在飛秒或皮秒脈沖模式，每一個激光脈沖可產生超過140萬億個光子，單脈沖亮度是世界上所有極紫外光源中最亮的，波長可在整個極紫外區域連續可調，具有完全的相干特性。更難能可貴的是，這一裝置90%的儀器設備是由我國自主研發，標志著我國自由電子激光的相關技術已達到國際先進水平。
當然，目前建成的這一裝置只是“大連光源”的一期項目，之后，科學家希望能建成一個更為先進的二期項目。
與一期項目相比，二期項目最大的不同就在于重復頻率的提高。重復頻率指的是光源在單位時間內發出的脈沖的數量——這個數量越高，就意味著科學家在同樣時間內獲得的實驗數據就會越多，當然，實驗效率就會越高。
例如，探測一個化學反應過程，如果每秒鐘只能拍到10張照片，獲得的影像就顯得卡頓；但如果每秒鐘能拍到上萬張照片，獲得的就是超高清晰的動態影像。
也因此，《自然》雜志又把高重復頻率的自由電子激光稱為科學家的“高速攝像機”。未來的“大連光源”二期項目，重復頻率將從現在的50赫茲提高到100萬赫茲，這有望成為人類科技發展歷程中又一次里程碑式的進步。
文章來源：中國青年報
IEEE Spectrum
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