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高端访谈

“追光者”王文涛:如何将自由电子激光做到全球领先...

来源:中国新闻网2022-07-28 我要评论(0 )   

“我是一块砖,哪里需要往哪搬。”42岁的王文涛说。他是中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究员,也是2022年上海“最美科技工作者”之一。...

“我是一块砖,哪里需要往哪搬。”42岁的王文涛说。他是中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究员,也是2022年上海“最美科技工作者”之一。

王文涛在实验室 受访者 供图

王文涛的科研工作与光有关——自由电子激光。

他说,其实自己原来不是做这一领域的,后来把研究方向转成这个领域,在一个并不熟悉的领域,从零开始。

他介绍,可以将X射线自由电子激光比作一台“X射线照相机”,它的快门(即:超快时间分辨)、分辨率(即:超高空间分辨)、曝光量(即:超强峰值亮度)十分先进,可用于探测物质内部动态结构和研究光与原子、分子和凝聚态物质的相互作用过程,极大地促进物理、化学、结构生物学、医学、材料、能源、环境等多学科的发展。

X射线自由电子激光装置规模大,造价昂贵,难以快速普及。国际上从2006年就开始自由电子激光的“台式化”研究,中国科学院上海光学精密机械研究所从2012年启动相关项目研究,是中国国内的第一家。

2011年,王文涛所在的团队开始致力于激光加速电子束品质与稳定性的提升,期望在台式化自由电子激光的研究中率先实现突破。但这项研究,并不是一件容易的事情。

2012年,中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室基于激光尾场加速,申请了国家重大仪器项目,开始同美、法、德、日等国在台式化自由电子激光展开竞争。尽管组建好了一支青年团队,但此时实验中的电子束品质,距离实现梦想相差千倍以上。这支团队开启一场崎岖坎坷、充满艰辛的追光之旅。

这一研究有个非常核心的内容就是激光电子加速技术,但做到能用是需要有好的品质,并且连续稳定产生,彼时,世界上还没有团队做到过。

有尝试,就会有失败,在最终方案实现之前,王文涛说,团队尝试过四种方案。

2017年,项目遭受重大挫折,原有的设计方案在经历了3年尝试后,宣告失败,这意味着整个装置建设要推倒重来,整个项目团队受到了沉重打击。那段时间团队充满了挫败感和对不能如期完成项目的焦虑。项目负责人——中国科学院院士李儒新说:“(我们)向世界证明,这个方案不可行,(这)也是一种成功。”

在成员们的相互鼓励和理解下,团队开始尝试第三种、第四种方案……

“从希望到失败,你不知道什么时候,什么方案一定能成功,能够坚持下来,才是其中最为重要的。”王文涛说。从2013年到2018年,整整五年,团队才实现了电子束的连续稳定产生,实现了从加速技术到加速器的转变。”

2018年,王文涛和团队成功研制了稳定台式化激光电子加速器,产生单能电子束的重复率为100%。这意味着中国在台式化电子加速领域实现了从实验到仪器最为关键的转变。激光尾场电子加速器的实现,为台式化自由电子激光的研制奠定了坚实的基础。

2019年12月31日,团队将激光加速器得到的“梦之束”驱动产生了台式化自由电子激光的“现实之光”。

“接近3000天,我们才把这个事情做出来,非常不容易。”他说。

研究团队在国际上率先完成了“台式化”自由电子激光原理的实验验证,对发展小型化、低成本自由电子激光具有重大意义。相关研究成果作为封面文章于2021年7月22日发表在Nature(《自然》杂志)上。

在王文涛看来,团队在已有研究基础上的大胆求证,自主创新,走一条别人没走过的路,充满艰辛但又有独特的魅力,“这条路上我们是开拓者,走通之后,可以极大地培养我们的科研自信,这也是科研工作者可以自豪的事情,这对于我们今后的科研道路是至关重要的。”

下一步,王文涛将和团队一起继续提升自由电子激光的输出功率和光子能量,并将其作为上海超强超短激光实验装置(“羲和”激光装置)中超快化学与大分子动力学研究平台的重要组成部分,提供开放共享。


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自由电子激光王文涛

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