極紫外光

由於在科學實驗中，需要探測的原子或分子數量可能非常少，存在時間也非常短，普通的極紫外光源無法滿足這個需求，必須要有高亮度的極紫外光源，即極紫外雷射。

基本介紹

• 中文名：極紫外光

特點

極紫外光能夠電離幾乎所有的組成普通物質的原子和分子的特性使得它無法在普通物質（包括空氣）中傳播，只能在真空中傳播，所以極紫外光也稱為真空紫外光。因此，極紫外雷射無法在普通物質中產生和放大，只能在“特殊物質”中產生，這個“特殊物質”就是脫離原子核而單獨存在的自由狀態的電子。

據介紹，大連光源是當今世界上唯一工作在極紫外波段的自由電子雷射用戶裝置，大連光源也將成為當今世界上在極紫外波段最強的自由電子雷射。

如何輸出

根據電動力學原理，加速運動的電子會向外輻射電磁波，尤其是來回變向跑動（振盪）的電子輻射電磁波能力非常強。常用的無線信號，無論是電視還是手機，都是通過驅使電子在天線里來回振盪發射電磁波。在大連極紫外相干光源中，時間寬度為幾個皮秒（1皮秒 = 1萬億分之一秒）的脈衝雷射（驅動雷射）在光陰極上打出一簇高密度的脈衝電子，利用直線加速器將這個脈衝電子束加速到3億電子伏特的能量（這相當於讓電子穿越3億伏的超高壓電場）。這時，由於相對論效應，電子的速度與光速非常接近。再用另一束皮秒或者亞皮秒時間寬度的強雷射（種子雷射）照射在這個高能電子束上，電子束中的電子在種子雷射的電磁場的作用下，就會按照雷射的波長在空間重新分布（調製），其中含有豐富的諧波成分。然後讓空間分布被調製的電子束繼續穿越一系列周期性變化的磁場（即波盪器）。

根據電磁學原理，電子在周期性磁場中會一邊以光速向前飛行，一邊左右擺動，這樣電子就會向前輻射出光線。由於電子飛行的速度和光速非常接近，電子在飛行途中各處發射的光會疊加增強，同時電子自身輻射的光也在調製電子自己的空間分布，從而使得電子更加強烈地輻射光線。如果適當地選擇周期性磁場的強度，就會使得種子雷射中的某個諧波成分按照前述方式急劇地自激放大並達到飽和，從而輸出極紫外光。

作用

很多物理和化學過程在本質上都是原子和分子過程，比如臭氧層空洞的形成涉及到大氣上層臭氧分子（O3）的淬滅機制，霧霾的形成涉及到污染物分子（SO2、CO等）聚集過程，燃燒過程涉及到氧原子或氧分子與其它分子的反應等一系列過程。要控制或利用這些物理和化學過程，就需要在實驗室里研究這些過程所涉及到的原子和分子的反應機制，因此就需要精確並且高靈敏度地探測所涉及到原子和分子。

在極紫外光照射下的區域內，幾乎所有的原子和分子都“無處遁形”。比如霧霾，大氣中的化學物質與水分子作用後，形成分子團簇，這些團簇在生長過程中吸附大氣中各種污染分子以及水分子，生長為較大的氣溶膠顆粒，並逐漸成長為霧霾。大連光源能夠解析大氣化學中性團簇的精細結構，揭示大氣中氣溶膠的成核動力學機制。

世界上90%的能源來自於燃燒，高效利用能源以及減少污染排放是重要的世界性問題。極紫外光可利用單光子電離的方法靈敏探測燃燒中間反應步驟和中間體的理想光源，為闡明燃燒過程中的化學機理提供堅實的基礎。

王恩哥說，當今世界，大科學工程對於科技的發展起著越來越重要的推動作用。“大連光源”的建成出光，成為我國大科學工程的又一成功範例，也必將大大促進我國在能源、化學、物理、生物、材料、大氣霧霾、光刻等多個重要領域研究水平的提升，為我國的科技事業注入了新的活力。

成就

“大連光源”發出世界上最亮的極紫外光

2017年1月15日，中科院研製的“大連光源”發出了世界上最強的極紫外自由電子雷射脈衝，單個皮秒雷射脈衝產生140萬億個光子，成為世界上最亮且波長完全可調的極紫外自由電子雷射光源。
“大連光源”是中國第一台大型自由電子雷射科學研究用戶裝置，是當今世界上唯一運行在極紫外波段的自由電子雷射裝置，如今也是世界上最亮的極紫外光源。