自由電子激光器的工作波長越短，則技術(shù)難度越高。圖為自由電子激光器的內(nèi)部工作模擬圖（資料圖）

對原子、分子的探測是物理化學研究的基礎(chǔ)，但由于現(xiàn)有儀器設備的限制，大多數(shù)分子和自由基難以被單光子電離，使很多研究無法深入，成為困擾科研工作者的一大難題。

一項旨在解決該難題的實驗裝置即將在我國建設。3月12日，總預算達1.4億元的國家重大科研儀器設備專項“基于可調(diào)極紫外相干光源的綜合實驗研究裝置”在大連正式啟動。它將成為國際上唯一一套工作在50～150納米區(qū)間且波長可調(diào)的全相干高亮度的自由電子激光器。

項目總負責人、中科院院士楊學明表示，該裝置的研制將極大提升我國在能源等相關(guān)基礎(chǔ)科學領(lǐng)域的實驗水平，并極有希望成為國際上相關(guān)領(lǐng)域的一個重要研究基地。

強強聯(lián)合

項目負責人之一、中科院大連化物所研究員戴東旭介紹說，能源研究中，煤的熱解等燃燒過程的中間產(chǎn)物往往以原子、分子、自由基的形式存在，這些微觀粒子被電離為離子后才能變成電信號被測試到。因此，對微觀粒子的高靈敏度、高時間分辨率和物種分辨的探測和研究至關(guān)重要。

但是，大多數(shù)分子或自由基的激發(fā)電離波長都處于極紫外波段（50～150納米），而傳統(tǒng)激光器產(chǎn)生的基本波長一般在近紫外到近紅外波段（300～1000納米）。這造成了傳統(tǒng)激光激發(fā)電離微觀粒子需要吸收多個光子，其效率和靈敏度會呈幾何量級的降低，并且容易把產(chǎn)物打碎。

為解決該問題，科學家提出了利用自由電子激光產(chǎn)生極紫外波段相干光的技術(shù)。該技術(shù)被認為是探測微觀粒子最有效的途徑。自由電子激光的波長可涵蓋從硬X射線到遠紅外的所有波段，特別是利用高增益諧波產(chǎn)生（HGHG）技術(shù)產(chǎn)生的自由電子激光具有超高峰值亮度、超快時間特性和良好的相干性，應用價值巨大。

但該技術(shù)直到近十年才在實驗中得到驗證。其中，中科院上海應用物理所在幾年前建設了我國第一個自由電子激光，并成功進行了相關(guān)實驗。

而在大連，一位在科研中多年受困于粒子探測難題的科學家坐不住了。他就是以自己研發(fā)儀器進行實驗而著名的楊學明。楊學明找到上海應用物理所，希望雙方能夠合作開發(fā)新設備。