相对于射频电子加速器驱动的X射线光源，发展全光学X射线光源，对减小同步辐射和自由电子激光的装置规模很有好处。所谓全光学光源，即利用激光等离子尾场加速原理获得高能量电子束团，并用激光电场来替代常规的波荡器。激光等离子加速能产生比常规射频加速器高2-3个量级的加速梯度，而激光波荡器的周期长度比常规磁铁波荡器小2-3个量级，因此，全光学方法可以将光源规模急剧缩小，是桌面型X射线光源的可行方案，对于同步辐射和自由电子激光等光源的普及应用具有十分重要的意义。  

激光等离子加速产生电子束团峰值流强高（一般可达数千安培），束团长度短（一般仅有几个飞秒），横向发射度极低（如0.1微米弧度），这些特性均十分符合高亮度X射线光源对电子束团的要求。然而，目前为止，激光等离子体加速产生的电子束团能散在1%以上，尚远远大于X射线FEL的需求，这就限制了其在高增益X射线FEL方面的应用。  

中国科学院上海应用物理研究所研究人员发现，通过耦合电子能量和横向位置，并调节电子束在激光场中扭摆的中心位置，便可以补偿全光学X射线光源中电子束团的能散效应，相关研究成果近日发表在Optics Express22(2014)13880。具体原理如下：首先利用横向色散元件将电子束团的纵向能量映射到横向分布；其次激光场在横向天然具有高斯分布，即场强从横切面中心位置向四周递减，只要入射电子束团不在激光场中心扭摆，便自然感受到横向场梯度的存在，也就是所谓的具有横向梯度的激光波荡器。这样安排下，不同能量电子均满足自由电子激光共振条件，便可将能量转换效率提高2-3个量级，并改善FEL横向模式。 

本项研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部973项目和中国科学院的资助支持，由中国科学院上海应用物理所张彤博士和邓海啸博士等合作完成。 

　　文章链接： 

　　http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-22-11-13880 

　　左图：全光学光源中，电子束团（红色圆点）以一个横向偏移进入激光波荡器场扭摆；中图：纵向能量和横向位置关联的电子束团在激光波荡器梯度场中符合共振关系；右图：全光学光源辐射功率随激光束斑大小和横向偏移的变化情况，红色区域为优化区域。 

（上海应用物理研究所汪蕾提供）