▲直線加速器隧道（袁婧/攝）

今天凌晨1點多，我國首臺X射線自由電子激光用戶裝置——上海軟X射線自由電子激光裝置（簡稱SXFEL）實現了2納米波長自由電子激光放大出光，達到設計目標波長。

近日，該裝置調試工作連續取得突破性進展，先後在5.6 納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米波長實現自由電子激光放大出光，實現了“水窗”波段全覆蓋，並在3.5納米實現飽和，輸出峯值功率超過500MW，X射線貫通光束線傳輸到達實驗站。這一進展表明我國在軟X射線自由電子激光研製方面已步入國際先進行列。

今年年底，包括活細胞成像裝置在內的軟X射線自由電子激光裝置將可開始用戶實驗。屆時，張江光子科學大裝置集羣中，將新增一位活躍的成員。

▲5.6納米（左圖）和2.0納米（右圖）自由電子激光光斑

▲3.5納米自由電子激光飽和增益曲線、光斑和主要參數

“水窗”是指波長在2.3納米到4.4納米範圍的軟X射線波段。在此波段內，水對X射線是透明的，但其他構成生命的重要元素，例如碳和氧等仍會與X射線相互作用，因而水窗波段的X射線可用於活體生物細胞顯微成像等，具有極其重要的科學應用價值。

在水窗波段，自由電子激光的峯值亮度比同步輻射高十億倍以上，且同時具備橫向和縱向相干性，能夠爲物理、生物、化學等學科提供革命性的研究工具。

SXFEL裝置是我國第一臺X射線相干光源，將與上海同步輻射光源、硬X射線自由電子激光裝置和超強超短激光裝置等一起在浦東張江構建具有全球影響力的光子科學設施集羣和光子科學研究中心。

該裝置的研製分爲試驗裝置和用戶裝置兩個階段進行，其最終目標是建成波長覆蓋水窗波段的高亮度軟X射線自由電子激光光源，併爲首批5個實驗站供光。

▲上海軟X射線自由電子激光用戶裝置

SXFEL試驗裝置已於2020年11月通過國家驗收，SXFEL用戶裝置於2021年1月完成了基於試驗裝置的升級改造和總體集成。SXFEL裝置包括1臺光陰極注入器驅動的高性能C波段電子直線加速器、2臺束團壓縮器、2條50米長的波盪器線、兩條光束線以及5個實驗站。電子束最大能量爲1.5GeV，發射度爲1.5μm-rad，峯值流強超過800A，束團電荷量超過500pC。

▲波盪器大廳

SXFEL團隊於3月完成了直線加速器的調試，之後以國際少有的速度相繼實現了5.6納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米自由電子激光的出光放大，輸出性能優異。同時，經過晝夜不停的緊張調試，自由電子激光已貫通整個光束線併到達實驗站。在目前調試工作的基礎上，SXFEL團隊正在進一步優化裝置參數和性能，將在年內全面實現裝置性能達標，爲我國光子科學研究和應用提供前所未有的高時間分辨率和高空間分辨率的利器。

作者：許琦敏

攝影：袁婧