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人民日报北京1月16日电-中科院大连化学物理研究所和上海应用物理研究所联合研制的“基于可调谐极紫外相干光源的综合实验装置”大连光源经过调试，输出140万亿个光脉冲，成为世界上最亮的单脉冲可调谐极紫外光源，这意味着中国在发展极紫外波段自由电子激光器方面走在世界前列。
图为大连光源摄影上海应用物理研究所的胡伟成
“这是中国科学院乃至我国的又一项重大科技成果，具有极高的展示性。”中国科学院副院长王恩格表示，该装置90%的仪器设备都是由中国自主研发的，这表明中国在这一领域处于世界领先地位，为中国未来发展新一代高重复率紫外自由电子激光器奠定了坚实的基础。
大连化工学院的张维庆告诉记者，大连化工学院于2016年9月开始调试紫外线灯。调试的第一天，波动器发出光，这表明设备的安装没有问题。在那之后，极紫外光将被调试。
调试过程非常艰难，但也遇到了一些困难。“在调试过程中，种子激光器和电子束只有在空的时间重叠时才能工作，但是它们的速度是以皮秒计算的(1皮秒= 1万亿分之一秒)，所以这非常困难。在调试期间，也有光线被阻挡的情况。工作人员必须逐段检查这台100米长的机器，找出挡光的原因。”张维庆说，这台机器已经连续运转了几个月，所有员工都在轮班工作。为了尽快调出所需的紫外线光源，通常熬夜工作。
什么是极端紫外光？
现代物理学证明，光的本质同时是电磁波和粒子。光子本身携带能量。波长越短，光子的能量越高。可见光的波长大约在400到700纳米之间(1纳米等于十亿分之一米)。它的光子能量可以刺激人类视觉细胞产生信号，而波长小于可见光的紫外光由于其光子能量高，如长波紫外线(320~ 400纳米)和中波紫外线(270 ~ 320纳米)会对人体造成伤害。当波长接近100纳米时，光子有足够的能量电离原子或分子而不破坏分子。这一波段的光被称为极紫外光。
由于科学实验中需要检测的原子或分子数量可能很少，存在时间也很短，普通的极紫外光源无法满足这一要求，必须提供一种高亮度的极紫外光源，即极紫外激光器。
极紫外光可以电离构成普通物质的几乎所有原子和分子，因此它不能在普通物质(包括空气体)中传播，而只能在真空中传播，因此极紫外光也被称为真空紫外光。因此，极紫外激光不能在普通物质中产生和放大，而只能在“特殊物质”中产生，这是一种与原子核分离的处于自由状态的电子。
据介绍，大连光源是世界上唯一工作在极紫外波段的自由电子激光用户设备。大连光源也将成为当今世界上最强的极紫外波段自由电子激光器。
如何输出极紫外光？
根据电动力学原理，以加速速度运动的电子可以向外辐射电磁波，尤其是来回运动(振荡)的电子具有很强的电磁波辐射能力。普通的无线信号，无论是电视还是手机，都是通过驱动电子在天线中来回振荡来发射电磁波的。在大连极紫外相干光源中，时间宽度为几皮秒(1皮秒=十亿分之一秒)的脉冲激光器(驱动激光器)在光阴极上发射一簇高密度脉冲电子，并且通过使用线性加速器(相当于使电子通过3亿伏的超高压电场)将脉冲电子束加速到3亿电子伏的能量。这时，由于相对论效应，电子的速度非常接近光速。另一束皮秒或亚皮秒时间宽度的强激光(种子激光)照射在高能电子束上，电子束中的电子在种子激光的电磁场的作用下根据激光的波长在空之间重新分布(调制)，种子激光包含丰富的谐波成分。然后让分布在空之间的调制电子束继续通过一系列周期性变化的磁场(即波荡器)。
根据电磁学原理，电子会以光速前进，同时在周期性磁场中左右摆动，因此电子会向前辐射光线。由于电子飞行的速度非常接近光速，在飞行过程中各处电子发射的光将被叠加和增强，同时电子自身发射的光也将分布在调制电子自身的空之间，从而使电子辐射光更强。如果适当选择周期性磁场的强度，种子激光器中的谐波分量将以上述方式被快速自激放大和饱和，从而输出极紫外光。
极端紫外光使得原子分子“无处藏身”
许多物理和化学过程本质上是原子和分子过程。例如，臭氧层空空穴的形成涉及上层大气中臭氧分子(O3)的猝灭机制，烟雾的形成涉及污染物分子(SO2、CO等)的聚集过程。)，燃烧过程包括一系列过程，如氧原子或氧分子与其他分子的反应。为了控制或利用这些物理和化学过程，有必要在实验室研究参与这些过程的原子和分子的反应机理。因此，有必要准确和高灵敏度地检测所涉及的原子和分子。
在极紫外光照射的区域，几乎所有的原子和分子都“无处可藏”。例如，烟雾，大气中的化学物质与水分子反应形成分子团，分子团在生长过程中吸附大气中的各种污染物和水分子，生长成较大的气溶胶粒子，并逐渐生长成烟雾。大连光源可以分析大气化学中性团簇的精细结构，揭示大气中气溶胶成核的机理。
世界上90%的能源来自燃烧。有效利用能源和减少污染排放是重要的世界性问题。利用单光子电离方法，极紫外光可以灵敏地检测燃烧中间反应步骤和中间产物的理想光源，从而为阐明燃烧过程中的化学机理提供了坚实的基础。
王恩格说，当今世界，重大科学项目在促进科学技术发展中发挥着越来越重要的作用。大连光源的建成成为中国重大科学项目的又一成功范例。它还将大大提升中国在能源、化学、物理、生物、材料、大气烟雾、光刻等许多重要领域的研究水平。为中国科技事业注入新的活力。
大连化学材料研究所副所长杨希望大连光源能够推动技术研究的发展，利用电子极紫外光源推动分子科学、化学、能源等相关领域的发展。(记者郝)
