众星联恒-前沿视界-Nature - XRnanotec光栅助力基于谐振腔的 X 射线激光研发

图1  《Lasing of a cavity-based X-ray source》标题页截图

近期《自然》杂志刊发了 X 射线科学领域的一项重大突破性进展：《Lasing of a cavity-based X-ray source》。

这项开创性研究首次在谐振腔型 X 射线自由电子激光器中实现了激射效应，为新一代高相干性、高稳定性、高光谱纯度的 X 射线光源开辟了道路。

该研究论文阐述了 X 射线脉冲可在谐振腔内通过多次往返实现放大，这标志着人类向 X 射线自由电子激光振荡器（XFELO）系统与下一代光子科学迈出了关键一步。

值得自豪的是众星联恒合作伙伴瑞士XRnanotech 公司为这项成果作出了重要贡献，研制出了谐振腔诊断系统内部所用的XFELO 金刚石透射光栅。该核心器件用于监测和调控腔内光束，是这套复杂系统能够稳定运行的关键核心部件。

图2 实验布局图

如上图实验布局图，是欧洲 X 射线自由电子激光装置SASE1 波荡器光束线上，谐振腔型 X 射线自由电子激光（CBXFEL） 实验装置示意图。该 X 射线谐振腔由两块工作在布拉格反射状态、接近背散射构型的金刚石晶体，以及两对用于光束导向与聚焦的 X 射线聚焦镜组成。晶体与反射镜的表面相互垂直，构成直角后向反射器结构。后向反射器内部各元件经精密准直，使反射后的光束在同一真空管道内，与入射光束相距 2.67 毫米平行折返。下游右侧的后向反射器单元可平移调节，用以调谐谐振腔腔长。电子束（蓝色）从左侧经磁扭摆偏转通道注入；X 射线脉冲（红色）在谐振腔内循环往复，并与以2.23 兆赫兹频率通过波荡器的电子束团发生交叠作用。

可伸缩式金刚石透射光栅（XRnanotech公司制造）会截取一小部分腔内循环的 X 射线，用于光束诊断监测。谐振腔两侧均可插入掺铈钇铝石榴石（YAG:Ce）闪烁屏，用于光子光路准直对位。

图3 金刚石透射光栅实物图及SEM图

 祝贺来自德国电子同步加速器研究所（DESY）、欧洲 X 射线自由电子激光装置（European XFEL）以及汉堡大学的所有论文作者！

我们十分期待，这项突破将重塑相干 X 射线光源的未来发展格局，为理工各领域开拓全新的实验研究方向。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-10025-x