近期，柏林亥姆霍兹中心（HZB）、德国联邦计量学会（PTB）和清华大学的研究人员通过合作设计了一种新型加速器辐射源，如图1所示，并在PTB的计量光源上完成了对电子束的操控，使其成功发射出类激光辐射的强光脉冲。这一发现有望填补现有同步加速器辐射源的空白，并可将其应用于实际工程应用当中。

图1 新型加速器辐射源

图片来源：Experimental demonstration of the mechanism of steady-state microbunching, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03203-0

粒子加速器作为光子源的使用促进了科学技术的发展，在粒子加速器中，电子被加速到接近光速，然后发出具有特殊特征的光脉冲，目前这样的加速器可以分为基于存储环的同步加速器辐射源和基于自由电子激光器（FEL）的线性加速器辐射源。

在基于存储环的同步加速器辐射源中，电子束在环中行进数十亿转，然后在偏转磁铁中快速连续产生非常明亮的光脉冲。相反，在自由电子激光器中的电子束被线性加速，然后发出类似激光的单个超强光脉冲。

但这两个辐射源却存在一定的限制：基于存储环的同步加速器辐射源存在时间上不相干的性质，虽能提供高重复率的光子，却在功率方面受到较大限制；基于自由电子激光器的线性加速器辐射源虽产生具有高峰值亮度的辐射，但是其重复频率受到驱动源的限制。

基于这种限制因素，该研究团队从“稳态微束（SSMB）”理论出发（该理论大约在10年前由加速器理论专家Alexander Chao和其博士生Daniel Ratner提出），并对其进行了深入研究，其研究结果表明利用该理论可以在同步加速器辐射源中产生脉冲模式，并将两种系统的优点相结合，即同步加速器提供短而强的微束电子，这些电子既能像FFL一样产生类激光的脉冲辐射，也能像同步加速器辐射源一样产生紧密排列的高重复性脉冲。

德国联邦计量学会（PTB）的计量光源（MLS）是世界上第一个通过设计优化在“low alpha mode”下运行的光源，在此模式下，电子束可以被大大缩短，因此被用于新型加速器辐射源的实验验证当中。

此外，HZB和PTB的研究人员设计了一种光学激光器，并基于MLS的电子束对光波进行了精确的时空同步耦合，以实现对MLS能量的调制。HZB的加速器物理学家JörgFeikes对其解释到，这可以使得几毫米长的电子束在存储环中旋转一圈后分裂成微束(1 μm长)，然后像激光一样相干放大并发出光脉冲。为了对相干辐射进行测试，其研究人员还开发了一种新型光学检测装置，并对其进行了成功检测。

SSMB光源将同步加速器和FEL辐射源的优点结合在一起，可以产生高强度、窄带宽和可聚焦的新特性辐射，且在未来还可以产生可见光范围以外的类激光辐射（如EUV波段范围），可将其应用于EUV光刻等工业领域当中。