PDF《张未卿国籍中国 从事专业 物理化学_张未卿》

1 .在众多光源中,同步辐射光源经历了长时间的飞速发展,波长涵 盖了从红外到 X 射线,脉宽达到皮秒量级,亮度越来越高.这些独一无二的特性 使得它拥有广大的用户群,在科学研究中起到不可替代的作用.光源的主要参数 指标就是亮度――辐射强度,世界上通行的第三代同步辐射光源亮度在

10 19 到10

21 photons/(s・mm

2 ・mrad

2 ・0.1%bandwidth)

2 ,亮度对于众多实验的探测灵敏度 有着决定性的作用,也是研究多光子过程和非线性光学的关键因素.随着科学研 究的不断深入,科学家对于光源的亮度要求越来越高,三代光源已经无法满足. 自由电子光源也有着较长的历史,随着最近技术领域的突破,光源发展也越来越 快,出光亮度更高,成为了目前光源领域的新贵.光源的另外一个重要参数是时 间脉宽,超短的、飞秒量级的光源是目前化学动态科学研究的重要手段.拥有这 样的光源,光谱等研究方法就不仅仅局限于研究化学样品的结构性质,还可以研 究化学反应中快速的动态变化和中间产物等,对于人们理解化学反应有着非常重 要的作用.超快的光脉冲是自由电子激光的另外一个优势,飞秒量级的光脉冲已 经在自由电子光源中实现.自由电子激光器使用射频直线电子加速技术,获得脉 冲的、发射度小的高能电子束,通过波荡器得到相干的、超短脉冲激光,随着电 子的不断振荡光被不断放大直到饱和.其辐射波长由电子能量、波荡器中的磁场 强度和周期决定,因此辐射波长是可以连续调节的,这是作为光源的第三个优势. 自由电子激光器的出现和成熟对于众多科学研究领域都有着巨大的推动作用,稳 定的、亮度更高的、相干的、超短脉冲的自由电子光源将是科学研究领域的又一 有力工具.

1 在红外波段,世界上已经成功运行了多套自由电子光源,比如荷兰的 FELIX、 德国的 FELBE(应用超导技术的加速器) 、法国的 CLIO、美国的 JLAB(应用超导 技术的加速器) 、日本的 iFEL,还有申请人所在研究所正在建造的 FHI-FEL

3 .其 中以荷兰的 FELIX 在科学研究应用中最为成功:在金属团簇的红外光谱研究中有 许多突破的发现,确定了许多重要金属团簇的结构,更清楚地了解金属团簇结构 在催化中的作用

4 ;

氦液滴的方法研究生物分子的结构, 利用生物分子吸收红外光, 能量弛豫传给周围的氦液滴并蒸发掉一定数量的氦原子,结合质谱来探测.类似 的工作很多.在X射线波段,由于经费要求高,现存的光源不多,但是欧美,日 本也有了自己的大型光源:美国著名 SLAC 中心的 LCLS,日本 Spring8 园区的 SACLA,德国 DESY 的FLASH I&

II.上海应用物理研究所也开始筹划建立我国自己 的X射线自由电子激光器.短波长、亮度高、时间脉宽短使得这些光源在准确探 测三维生物分子结构领域有着独一无二的优势,为解开生物之谜打开了曙光

5 . 在红外与 X 射线波段自由电子光源有着其他商业激光器和方法无法比拟的优 点,这也是花费不菲的自由电子激光器在这个领域存在并广泛被使用的原因.在 极紫外波段(50-150nm)的超快光源也有着广泛的应用.比如,在能源相关的基 础研究领........