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中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所楊學(xué)明院士、張未卿研究員團(tuán)隊與深圳先進(jìn)光源研究院科研團(tuán)隊合作，提出一種基于等離子體的高效啁啾脈沖壓縮方法，從理論和模擬層面證明了該方法可突破傳統(tǒng)技術(shù)的效率瓶頸，為實現(xiàn)超高亮度的軟X射線激光超短脈沖輸出提供了新路徑。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《物理評論快報》。

高亮度、超快時間尺度的X射線激光脈沖是在原子時空維度上觀測物質(zhì)內(nèi)部非線性和超快動力學(xué)過程的關(guān)鍵工具，是當(dāng)前前沿科學(xué)研究不可或缺的手段。自由電子激光作為產(chǎn)生這類超快X射線脈沖的核心裝置，其啁啾脈沖放大技術(shù)對提升激光峰值功率至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)光柵啁啾壓縮器在軟X射線波段的傳輸效率較低，嚴(yán)重限制了最終輸出激光的峰值功率。因此，亟須開發(fā)一種全新的高效軟X射線脈沖壓縮方法。

針對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊提出了一種全新解決方法，利用惰性氣體等離子體作為壓縮介質(zhì)，以實現(xiàn)超快軟X射線激光輸出。該方法的核心原理是利用軟X射線激光在接近等離子體離子共振頻率時產(chǎn)生的強折射率色散效應(yīng)，對預(yù)先展寬的啁啾脈沖進(jìn)行精確的色散補償，從而實現(xiàn)時間維度上的壓縮。基于回聲增強諧波產(chǎn)生自由電子激光模型產(chǎn)生的啁啾脈沖，研究團(tuán)隊開展了系統(tǒng)的模擬分析。結(jié)果表明，該方法的傳輸效率超過70%，可將25飛秒的軟X射線脈沖壓縮至1.4飛秒，同時將脈沖峰值功率從23.5吉瓦提升至100吉瓦以上。該方法設(shè)計巧妙，與現(xiàn)有自由電子激光設(shè)施高度兼容，具備良好的實驗可行性。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/d7r7-46ld

（原載于《中國科學(xué)報》?2025-10-14 第1版 要聞）