美国能源部SLAC国家加速器实验室宣布，直线加速器相干光源-II（LCLS-II）完成升级，成功产生第一束持续时间为几飞秒的X射线。开发人员预测，它将开启化学、生物学、量子材料和光学技术的新篇章。

线加速器相干光源(LCLS)的负责人Mike Dunne表示，“现在我们可以宣布LCLS-II项目的成功，并将继续进行从量子材料、催化化学到医学用途的科学研究。为了实现这一目标，团队已经工作了十多年，现在我们的工作重点转移到了飞秒级。”

据悉，LCLS-II是一种被设计用于以高分辨率和超快时间尺度捕捉微观物体图像的仪器。它是直线加速器相干光源（Linac Coherent Light Source，简称LCLS）添加一道新的激光束，亮度是原先的10000倍，重复频率高达每秒100万个脉冲——在短短几个小时内产生的X射线脉冲比原始激光器12年来提供的X射线脉冲还要多。

SLAC是美国17个国家实验室之一。为了实现此次重大升级，SLAC与阿贡国家实验室、伯克利实验室、费米实验室和杰斐逊实验室，都参与了LCLS-II项目。自1967年以来，SLAC一直由斯坦福大学运行管理，目前拥有来自55个国家的约1600名员工。

Dunne提到，“这项耗资11亿美元的联邦项目为物理学带来了显著的量子飞跃。LCLS-II项目主要由能源部基础能源科学办公室资助，建立在其早期对LCLS的投资基础上，其他资金来源包括美国国立卫生研究院、工业界、美国国家科学基金会和斯坦福大学。”

LCLS-II项目的关键技术来自于基于量子的全球光子学产业届，如：Light Conversion公司提供的一种1μm高重复激光器，然后将其转换为从紫外线到太赫兹的波长。这些脉冲被用来引发超快反应，然后用X射线探测这些反应。另一家公司是Trumpf集团旗下的Amphos公司提供的千瓦功率的激光器，用来在高平均功率下用短脉冲（飞秒持续时间）实现高重复率。

这些设备以及来自世界各地激光和光学供应商的更多设备，被用于SLAC的数十个单独的激光实验室，500多名专家正在那里研究X射线自由电子激光器。

Dunne说，“紫外线激光可以在超快的时间尺度上破坏化学键。在这种情况下，X射线会出现并监测动力学，以捕捉分子的反应。它可以记录材料的相位变化，并可以在分子做出反应时及时判断原子的电子和原子核在哪里。这使我们能够从光合作用等自然过程中学习，并有目的地为我们社会设计更高效的技术。”

LCLS-II项目已经交付了一种低温超导加速器，它可以将电子爆发驱动到几乎光速。然后，这些电子通过一组精确排列的磁铁发射X射线，最终被放大，形成强大的X射线激光束。为了第一次探测到X射线束，必须将其转换为400~700 nm的可见光。

“在第一次打开机器后的最初几个小时里，我们看到了一个美丽的圆形斑点，它呈高斯形状。自由电子激光器的每一次X射线爆发都比任何其他光源亮10亿倍。现在，有了LCLS-II，平均功率可以达到前所未有的水平，比以前亮度还要高出10000倍。”Dunne提及到。

来自新升级LCLS-II项目的数据非常庞大，必须在SLAC自己的计算中心立即进行处理，并将受益于机器学习的创新以及对光学和激光系统的快速反馈。

美国能源部长Jennifer M.Granholm评论道：“LCLS-II发出的光将解释宇宙中最小、最快的现象，并为人类健康到量子材料科学等带来重大发现。这种对现有最强X射线激光器的升级使美国保持在X射线科学的前沿，为了解我们的世界如何在原子水平上工作提供了一个窗口。”

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