X射线自由电子激光(XFEL)可发生埃米波长的飞秒和阿秒脉冲，使直接观测超快结构与电子动力学成为或许。XFEL现在还短少一种关于精细光学科学十分重要的特性——时域安稳的相位相干性。大多数XFEL选用自扩大自发辐射(SASE)形式，其辐射源于电子束中的微观散粒噪声。该形式虽能发生极高亮度的脉冲，但脉冲的时域特性在不同脉冲间随机涨落，约束了其在相位灵敏丈量中的运用，如精细计量、干与丈量和超快光谱。来自瑞士保罗谢勒研讨所和苏黎世联邦理工学院的Wenxiang Hu及其团队报告了一项期待已久的关于SASE的开展——初次经过试验完成了“锁模”的XFEL。

  锁模X射线自由电子激光(XFEL)。在调制器部分，一束外部激光将周期性的能量调制施加于输入的电子束上。紧随其后的16个单元，每个单元包括一个束团压缩器和一个波荡器，终究输出阿秒脉冲串

  在传统激光器中，腔内共振形式被称为纵模，它们之间的频率距离持平。锁模技能旨在确定各纵模之间的相位联系。假设没有锁模，这些形式将各自独立振动，它们相位的随机叠加会导致光发射在时间上呈现噪声相同的随机改变。锁模会同步这些形式的相位，然后使形式间的叠加周期性增强，发生周期性重复的超短脉冲。这一原理是现代光学从飞秒光谱学到光学频率梳多个范畴的柱石。

  但是，XFEL没有实体谐振腔，因而不存在根据谐振腔界说的纵模。它让电子束团一次性穿过一系列波荡器，一起发射X射线辐射。研讨标明，经过在波荡器模块之间刺进束团压缩器，能够在扩大级之间引进固定的时间延迟，然后界说出一系列梳状的频率散布(有时被称为“组成”的纵模)。

  Hu及其合作者将磁压缩器与调制器相结合，运用激光器以等于纵模距离的频率对电子束能量进行调制(如图所示)。随后发射出的X射线在固定的相位联系下被扩大。发生的脉冲在时域上是结构化的阿秒脉冲串，脉冲距离为数飞秒；在频域上呈现高比照度的频率梳结构，且具有杰出的可重复性。

  这个试验显现了虽然辐射起始于对噪声的扩大，却能轻松完成相位相干性。激光还应具有光子计算特性，它由二阶相关函数g2(τ)表征，量化光的强度(或光子数)的涨落。其间，零延时处的值g2(0)最重要，它丈量的是多个光子在同一时间抵达的概率。一个抱负的单模激光器g2(0)=1，对应着泊松光子计算，即光子互相独立，没有聚束的倾向。在德国的FLASH和韩国的PAL-XFEL上的丈量标明，SASE XFEL的g2(0)值明显大于1。因为现在的锁模计划仍是根据SASE，因而其光子计算特性估计仍对错泊松的。

  假如将SASE-XFEL与外部种子注入的自由电子激光作比照，后者从种子激光中获取相干性，以此来完成了光谱纯度和重复性都极为超卓的脉冲。在意大利FERMI 的 DiProI光束线上，光子相关性试验测得g2(0)≈1，证明其挨近激光的光子计算特性。在要求激光具有严厉量子光学相干性的运用中，锁模SASE-XFEL无法代替种子注入型的自由电子激光。但是，后者仅能掩盖线 nm)，因而，XFEL供给了一种在更短波长上的计划。Hu展现的正是2. 5 nm短波长的软X射线。

  相位确定的阿秒X射线脉冲串的呈现，使比如Ramsey型干与丈量这类在光学物理中已很老练的强壮且精细的光谱技能，或许在X射线波长范围内完成。更广泛地说，这项作业带来了概念上的改变：XFEL不再局限于发生“尽或许短的脉冲”，而是开端供给可取舍的X射线波形，然后驱动原子、固体及低密度物质沿着特定的量子途径演化。

  正如光学频率梳重塑了精细光谱学相同，X射线频率梳相同或许彻底改变咱们在物质最根底的尺度上对其进行勘探甚至控制的方法。

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