中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所自由電子激光團(tuán)隊(duì)于近日完成了一項(xiàng)新的自由電子激光實(shí)驗(yàn)，在上海深紫外自由電子激光實(shí)驗(yàn)裝置（SDUV-FEL）上，國(guó)際首次利用交叉平面波蕩器，實(shí)現(xiàn)了自由電子激光脈沖偏振態(tài)的任意調(diào)控。研究成果發(fā)表于國(guó)際加速器領(lǐng)域雜志Physical Review Special Topics: Accelerator & Beams（Phys. Rev. ST-AB17 (2014) 020704）。

　　偏振狀態(tài)可以任意調(diào)控、高亮度、全相干X射線(xiàn)自由電子激光，是研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、磁性、電性，自旋和手型等各種不均勻性的有效工具。目前，國(guó)際上短波長(zhǎng)自由電子激光多數(shù)采用平面波蕩器，只能產(chǎn)生線(xiàn)偏振光，且偏振狀態(tài)不可改變。而采用螺旋波蕩器的自由電子激光，偏振狀態(tài)調(diào)節(jié)依靠機(jī)械機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，速度較慢，而且調(diào)節(jié)后的輻射波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生改變。因此，美國(guó)ANL實(shí)驗(yàn)室的K. J. Kim提出了交叉平面波蕩器的概念（Nucl. Instr. Meth. A 445 (2000) 329），將兩個(gè)交叉放置的平面波蕩器產(chǎn)生的水平與垂直光場(chǎng)相干疊加，同步輻射光源和高增益自由電子激光輻射光場(chǎng)偏振狀態(tài)的改變，通過(guò)調(diào)節(jié)交叉平面波蕩器中間的移相器實(shí)現(xiàn)，若移相器采用脈沖磁鐵結(jié)構(gòu)便可以實(shí)現(xiàn)偏振狀態(tài)的快速調(diào)節(jié)。

　　在光源用戶(hù)需求的驅(qū)動(dòng)下，交叉平面波蕩器原理得到了國(guó)際自由電子激光界的高度關(guān)注，近年來(lái)開(kāi)展了一系列的相關(guān)理論研究。2012年，由趙振堂研究員領(lǐng)導(dǎo)的上海應(yīng)用物理研究所自由電子激光團(tuán)隊(duì)，提出了在SDUV-FEL開(kāi)展交叉平面波蕩器控制輻射偏振狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)方案（Nucl. Instr. Meth. A 680 (2012) 112）。經(jīng)過(guò)近兩年的努力，成功將交叉平面波蕩器、高精度電磁移相器和分振幅偏振測(cè)量?jī)x等設(shè)備集成到SDUV-FEL，使其成為世界首個(gè)配備交叉平面波蕩器的自由電子激光裝置。2013年11月，研究人員經(jīng)過(guò)精心調(diào)試，國(guó)際首次利用交叉平面波蕩器，成功實(shí)現(xiàn)了自由電子激光脈沖在圓偏振和線(xiàn)偏振之間的任意切換，并進(jìn)行了全相干自由電子激光脈沖光譜和偏振度的精確測(cè)量。

　　交叉平面波蕩器的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)自由電子激光科學(xué)用戶(hù)具有重大的實(shí)際價(jià)值，并有望在近期建設(shè)的大連極紫外相干光源和上海軟X射線(xiàn)自由電子激光裝置等研究中得到應(yīng)用。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家“973”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的支持。

SDUV-FEL交叉平面波蕩器實(shí)驗(yàn)束線(xiàn) 

SDUV-FEL輻射脈沖偏振態(tài)調(diào)控