物理学院重离子物理研究所黄森林副教授与美国SLAC国家加速器实验室合作，在国际上首次产生了200阿秒的高亮度X射线脉冲（此前XFEL的最短脉冲长度为几个飞秒）。这一工作近日作为亮点文章发表在《物理评论快报》上[S. Huang et al., Physical Review Letters 119,154801 (2017)]，同时被Physics的编辑选为特别关注并进行了报道。
自由电子激光是一种具有广泛用途的全相干光源，波长可覆盖太赫兹至硬X射线波段。X射线FEL 采用大型射频直线加速器将电子能量加速至10GeV左右，并通过色散结构压缩电子束团，压缩后的电子束团在波荡器的周期性磁场中作扭摆运动从而辐射出X射线。X射线脉冲长度一般由电子束团长度决定，而将电子束团压缩到阿秒十分困难。2014年，黄森林和SLAC及劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的同事共同提出了获得更短脉冲的新方案。在这一方案中，电子束团在时间－能量的相空间内形成角状分布，具有强而窄的电流尖峰和较长的低电流拖尾，只有尖峰部分有足够的强度产生自由电子激光，从而可获得几百阿秒的X射线脉冲。最近在LCLS的实验中成功实现了这一方案，通过优化加速器参数及电子束团电荷量，产生了200阿秒、光子能量为5.6 千电子伏和9千电子伏的X射线激光脉冲。这一方案不需对现有XFEL装置进行任何复杂的升级改造，因此也可在国际上其它类似的XFEL装置上实现阿秒X射线脉冲。阿秒时间尺度的X射线对研究原子及分子尺度上的电子动力学具有重要作用。
物理学院重离子物理研究所射频超导与自由电子激光课题组黄森林副教授为论文第一作者，SLAC合作者中丁原涛研究员为北京大学校友、黄志戎教授为北京大学客座教授。在LCLS上的实验工作由丁原涛研究员负责。国家重点研发专项（批准号：2016YFA0401904）部分资助了该项研究。
