X射线的产生方式之X射线自由电子激光

自由电子激光是一种以相对论优质电子束为工作媒介、在周期磁场中以受激辐射方式放大短波电磁辐射的强相干光源（其“周期磁场”由波荡器产生），具有波长范围大、波长易调节、亮度高、相干性好、脉冲可超短等突出优点，尤其是高增益短波长自由电子激光，普遍被看好是下一代光源的代表，具有巨大的发展潜力和重大的应用前景。

目前，全世界有20多个能产生从红外线到紫外线各种波长激光的自由电子激光器已经投入使用或正在研制中。现在科学家正试图让其波长范围延伸到Ｘ射线。X射线自由电子激光能产生波长可调的，极高强度的飞秒相干光，可为各种体系的高空间分辨和时间分辨的动力学研究提供强有力的手段，将给物理、化学、材料科学、地质、生命科学和医学等多个学科的前沿研究带来突破，为人类对自然的认识打开全新的视野。利用它可对活细胞进行无损伤立体成像，直接观察细胞中的生命过程，为揭开生命之谜提供重要的工具。利用它进行显微和光刻，可以大幅度地提高分辨率和精度。同时，也将对军事与工业的发展带来深远的影响。发展X射线自由电子激光具有前瞻性及战略意义。

世界各科技强国均将X射线自由电子激光的研究列入了未来科技发展计划的重要内容，正在加紧研制的Ｘ射线自由电子激光器的能量将是现有设备的100亿倍。美国斯坦福直线加速器中心于2009年率先推出“直线加速器相干光源（LCLS）”，这个项目预算为3.79亿美元。位于汉堡的德国电子同步回旋加速器研究中心已研制出先进的紫外线自由电子激光器，2012年时推出欧洲的X射线自由电子激光器，预计成本为9．08亿欧元。日本也在开展类似的项目。如何用尽可能小的输入能量在尽可能短的波长上产生高增益Ｘ射线激光是当今各科技大国在该领域竞争的主要焦点。