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注入模式能够克 辨率的实验，我们将利用以 100fs 模
服这一障碍。在 式运行的 Legend Elite 放大器的倍频
HGHG 模式中，自 输出（400nm 或 267nm）进行 HGHG
由电子激光种子 种子注入操作。这样将能让自由电
注入使用的不是目 子激光在 HGHG 模式下输出 133nm、
标输出波长，而是 100nm、89nm、80nm、67nm、53nm
这一波长的整数 和 50nm 等波长。”
倍。自由电子激光
电子束中的微束团 多样化研究
以种子激光波长密 与其他自由电子激光装置一样，

图 4：大连相干光源种子激光系统。 集形成，但是能 大连相干光源得到了科研资金大力支
够产生种子激光 持，旨在建设成为一个向世界各地的
像大连相干光源这样的自由电子激光 的谐波并得到放大和饱和输出。因 科学家开放的平台。大连相干光源
装置既可以在自由运行放大模式下工 此，假设一款基于钛宝石的激光器系 的 50~150nm 波长可调范围，窄线宽
作，也可以在接受外部种子注入控制 统拥有 400nm 倍频输出，那么它可 和超短脉冲两种运行模式为尽可能多
的模式下操作。在自由电子激光中， 以在 HGHG 模式下用来产生 200nm、 的研究者提供了工具。研究范围既包
自由运行的工作模式叫做自放大自发 133nm、100nm、80nm 等波长。 括基础科学研究（如光化学和化学反
辐射（SASE）模式。在这种模式下， 与驱动激光一样，大连相干光 应动力学），也包括具有重要潜在价
自由电子激光输出是从噪声开始放大 源团队再一次选择了使用以 800nm 值的实用研究（如表面催化和大气污
起来的。SASE 工作模式能够提供具 标准波长工作的改进型商用钛宝石 染）。例如，中国和其他工业化国家 /
有高峰值功率和可调谐中心波长的辐 系 统（ 相 干 公 司 Legend Elite Duo 地区对解决雾霾问题的需求越来越强
射脉冲。然而，输出的时间（纵向） HE+）作为种子注入激光器。不 烈。大连相干光源规划开展的一些光
相干性通常有限，并且脉冲能量抖动 过，这套系统既包含产生 400nm 和 化学研究有望增进对雾霾中大气气溶
比较大。 267nm 固定输出的三倍频系统，也 胶形成过程的了解，为设法让雾霾消
由于在大连相干光源的研究应用 包含光学参数放大器（OPA）（Light 散提供依据。反过来，它也能帮助确
中，有很多实验要求最大时间分辨率 Conversion TOPAS）以提供波长可 定提高燃烧效率的策略、以其他途径
或者最高光谱分辨率，因此大连相干 调的输出，从而支持产生波长可调谐 减少烟雾的形成，同时最大限度地减
光源设计人员需要采用其他方案来产 的自由电子激光输出。吴国荣研究员 少任何负面经济影响。
生全相干的输出。为了引入时间相干 表示 ：“这套放大器系统已经在实践
性和 / 或窄线宽性能并且提高脉冲能 中得到了其他采用 HGHG 模式的自 总结
量稳定性，利用外部激光进行种子注 由电子激光装置的检验。我们大连相 大连相干光源是一个重大建设项
入是一种广泛使用的方法。这需要使 干光源使用这套系统的主要原因是 目，旨在通过提供一个工具，在重要
用具有一定脉冲能量，全相干的光源 它非常灵活，特别是能在飞秒和皮秒 的基础层面上延伸我们对光化学和化
来做种子。自由电子激光面临的挑战 两个模式下切换。使用可调谐 OPA， 学物理学的理解。不过，像许多其他
是，它工作的目标波长范围是其他任 Legend Elite 将以 1ps 脉宽运行，从 “大科学”事业一样，它的建设者没
何类型的激光器难以或根本无法企及 而实现自由电子激光的窄线宽输出。 有选择完全定制的组件，而是通过基
的，因此这种简单的常规种子注入方 为了覆盖 50~150nm 调谐范围， OPA 于一些现有成熟的商业化产品，做最
法往往很难。 将运行在 240~360nm 波段。自由电 小的定制，来更经济、可靠地完成项
幸运的是，近二十年前成功提出 子激光输出脉冲预期会接近变换极 目、取得更好的成果，并且缩短了建
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的高增益谐波发生（HGHG）的种子 限（< 30cm @1ps）。对于注重时间 设时间。

24 May/ Jun 2017 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界