“飞秒量级快门，可拍摄到电子快速运动”！“追光者”王文涛率先实现基于激光加速器的自由电子激光

“这个研究就是个追光逐梦的过程，我们在做这个事情的时候，眼里要有‘光’，经得住诱惑，耐得住寂寞，这样才能不忘初心，坚持下去。” 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王文涛是一名“追光者”，十年如一日，在国际上率先实现基于激光加速器的自由电子激光。他也是2022年上海“最美科技工作者”之一。

“梦之束”终成“现实之光”

王文涛的科研工作与光有关——超强激光和自由电子激光。

他是上海光机所本土培养的“土博士”，2010年博士刚毕业的他，响应实验室发展基于强激光的超高梯度电子加速技术的需求，研究方向转到了这一新兴领域，而这代表了一切要从零开始。在靶场摸爬滚打多年的他，非常乐观的面对这种改变，“我是一块砖，哪里需要往哪里搬”。

他介绍，可以将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，拥有飞秒量级快门，可以拍摄到化学键的形成、电子的快速运动等，未来这一技术如果要走进医院和学校，实现普及，小型化、低成本是必然趋势。

X射线自由电子激光装置规模大，造价昂贵，难以快速普及。目前世界总共有八台X射线自由电子激光装置，全部都是依托于大型的直线加速器建设而成。”

王文涛介绍，可以说它的体积和造价限制了这一先进的工具的进一步普及。用计算机做下比较，比如现在的智能手机就相当于小电脑，会对人类文明和生活方式产生翻天覆地的影响。

如何让它变小呢？王文涛说，用激光尾场加速就可以实现自由电子激光的小型化，也是“新型台式化辐射源”的最重要的成员。

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，然而这项研究并非一帆风顺。

直到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”， 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。国际同行评价该成果是自“梦之束”以来的“又一里程碑”。

扎扎实实把自己的领域做好、做透

“研究方向从0开始，你不知道这条路是对的还是错的，因为不管是理论还是实验都没有完全走通，你要在遭遇挫折的逆境中坚持下去，我认为这是最煎熬的地方。”王文涛介绍，他们这一成果有个非常核心的内容就是激光电子加速技术，但做到能用是需要连续稳定产生的，但世界上没有团队做到过。

他们需要从激光器到气体喷流，从电子束产生到控制都要做好才具备实现的可能。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。

这个研究涉及了非常复杂的相对论物理过程，对激光技术、实验技术、诊断技术都有非常苛刻的要求。激光轰击好比炸弹爆炸，要求每次爆炸弹起的碎片都要精准的打中一个10米外的1mm大小的目标。这个不稳定的过程你怎么去控制？考虑的因素太多，难度极大。”

王文涛说，在研究突破之前，利用激光尾场加速技术研制台式化自由电子激光仅仅具备理论的可能，而“台式化”自由电子激光原理的实验验证这一成果，则向世界证明，通过他们的一系列创新，这一技术路线在实验上是走得通的。

团队首席的信任和鼓励、志同道合的团队成员、家人的理解和支持，对科学目标的追求……这些是他遇到挫折后，还依然奋斗坚持的动力。

王文涛所在的超强超短激光项目团队平均年龄不足35岁，青年人是科学研究和创新的中坚力量。“我认为青年科研人员应该在研究中，充分利用自己的优势，形成自己的特点，‘木桶理论’不适用于科研领域，青年人应该成为团队或者研究领域的不可忽略的‘长板’，这决定了团队的高度。”

在他看来，科学家最重要的价值是要有科学的“审美”，不要盲目追逐热点，扎扎实实把自己的领域做好、做透。