中科院大连化学物理研究所下一代激光技术获重大突破

今日快讯 2025年08月02日 14:22 0 admin

中国日报报道，中国科学家在极紫外自由电子激光技术领域取得重大突破。7月24日，由中科院大连化学物理研究所杨学明院士和张未卿研究员领导的团队，在大连成功实现了兆赫兹重复频率电子束的稳定运行，这是全球首次在该频率下实现稳定操作。这一成就为大连先进光源项目奠定了坚实的技术基础，标志着中国在下一代极紫外自由电子激光设施建设中迈出了关键步伐。

大连先进光源项目作为中国自主研发的尖端科学装置，旨在建设世界领先的极紫外自由电子激光设施。该项目的成功将为基础科学研究、材料科学、生物医学等多个领域提供前所未有的研究平台，推动中国在光科学领域达到国际先进水平。

中国科学家最近在辽宁省大连市完成了大连先进光源项目的一个重要里程碑。[图片提供给中国日报网]

技术挑战与创新突破

高重复频率、高质量电子束的产生一直是自由电子激光技术中最具挑战性的核心难题之一。传统的电子束系统在提高重复频率时往往面临束流质量下降、稳定性差等问题，这严重限制了自由电子激光器的性能提升。

此次实验的成功证明了中国科研团队已经掌握了这一核心使能技术的关键专业知识。兆赫兹级别的重复频率意味着每秒钟能够产生一百万次电子束脉冲，这种超高频率的稳定运行对激光器件的精密控制、热管理、同步系统等各个方面都提出了极其严苛的要求。

研究团队的突破性进展集中体现在超导连续波电子注入器的成功研制上。这一设备是整个激光系统的"心脏"，负责产生高质量的电子束并将其加速到所需的能量水平。与传统的脉冲式系统不同，连续波系统能够提供更加稳定和连续的电子束输出，从而显著提升激光器的整体性能。

为支持大连先进光源项目的发展，大连市政府于2020年启动了专门的原型机建设计划。这一前瞻性的投资决策体现了地方政府对前沿科技发展的深度理解和坚定支持。该项目由大连化学物理研究所与深圳先进光源设施研究院共同承担，形成了产学研一体化的创新模式。

五年攻关的技术积累

过去五年间，联合研究团队在多个关键技术领域取得了重大进展。光阴极电子枪技术的突破解决了高质量电子束产生的源头问题，超快激光系统为精确控制电子束的时间特性提供了保障，固态射频功率源确保了系统的高效率运行。

特别值得关注的是超导加速器模块和低温氦制冷系统的成功研制。超导技术的应用不仅大幅提升了加速器的效率，还显著降低了能耗，为大型科学装置的可持续运行奠定了基础。低温氦制冷系统则为超导器件提供了必需的工作环境，其稳定性和可靠性直接影响整个系统的性能表现。

这套技术组合的成功整合体现了中国科研团队在系统工程方面的卓越能力。自由电子激光器作为复杂的大科学装置，需要多个子系统的完美协调才能实现预期性能。此次实验的成功表明，团队不仅在单项技术上取得突破，更重要的是实现了各个子系统的有机集成。

国际竞争中的中国优势

在全球自由电子激光技术竞争中，美国、德国、日本等发达国家长期占据领先地位。美国的直线加速器相干光源、德国的欧洲X射线自由电子激光器等设施代表了当今世界的最高水平。中国通过大连先进光源项目的推进，正在这一前沿领域实现重要突破。

与国外同类设施相比，大连先进光源项目在技术路径上具有独特优势。超导连续波技术的采用使得系统能够在更高的重复频率下稳定运行，这对于需要大量数据积累的科学实验具有重要意义。同时，兆赫兹级别的重复频率也为实现更高的平均功率输出创造了条件。

该项目的成功实施将显著提升中国在国际大科学合作中的地位和影响力。先进的科学装置不仅是开展前沿研究的必要条件，也是吸引国际顶尖科学家、推动国际合作的重要平台。大连先进光源的建成将为中国科学家在材料科学、化学反应动力学、生物分子结构等领域开展世界级研究提供强有力的支撑。

从产业发展角度看，自由电子激光技术的突破将带动相关高技术产业的发展。超导技术、精密机械制造、电子控制系统等领域都将从中受益，形成新的经济增长点。这种基础研究向应用技术的转化，正是科技创新驱动经济发展的典型体现。

随着技术验证的成功完成，大连先进光源项目即将进入全面建设阶段。这一里程碑式的进展不仅代表着中国科技实力的新高度，也为全球科学研究提供了新的可能性。

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