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

對原子、分子的探測是物理化學研究的基礎，但由于現有儀器設備的限制，大多數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納米區間且波長可調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基礎科學領域的實驗水平，并極有希望成為國際上相關領域的一個重要研究基地。

強強聯合

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重要。

但是，大多數分子或自由基的激發電離波長都處于極紫外波段（50～150納米），而傳統激光器產生的基本波長一般在近紫外到近紅外波段（300～1000納米）。這造成了傳統激光激發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，并且容易把產物打碎。

為解決該問題，科學家提出了利用自由電子激光產生極紫外波段相干光的技術。該技術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生（HGHG）技術產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新設備。