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图1 双光栅结构（图c）控制波前旋转激光（图b）输出阿秒x射线脉冲的过程
超快科学领域近些年来取得了许多进步。软X射线阿秒脉冲的能量对应于物质的基本吸收限，因此可用于研究活体生物样本中以及钻石、石墨烯等下一代半导体材料中的电子动力学。
对高强度X射线阿秒脉冲的需求——尤其是波长位于水窗波段的阿秒脉冲的需求，推动了阿秒X射线自由电子激光的发展。通常用于输出超快脉冲的方法是增强自放大自发辐射（enhanced self-amplified spontaneous emission, ESASE）技术，基于这一技术的许多改进也可进一步增强峰值功率、缩短脉冲持续时间。
由于自放大自发辐射的起振始于电子束初始噪声，最短脉冲持续时间最终受到滑移长度的限制，因此很难产生持续时间为几十阿秒的稳定、孤立X射线脉冲。研究者们为了克服这一困难，提出了几种基于回声谐波产生（EEHG）的方法。然而这些方法中，通常需要周期量级超短激光脉冲，徒增激光产生和传输当面的困难。
发表在Ultrafast Science上的一篇新文章的作者提出了一种基于EEHG简单而可行的方法，可产生持续时间为几十阿秒、覆盖水窗范围的强X射线脉冲。该方案的原理与传统EEHG方案类似，不同的是，第二个种子激光被波前旋转（WFR）激光取代，即种子激光穿过一个双光栅组成的色散元件，该元件能诱导时空耦合、操控波束的波前。
图2 中间（a）电子束与两侧（b）电子束的相空间
波前旋转激光的作用是控制辐射脉冲的纵剖面。由于种子型自由电子激光对外部激光非常敏感，该方法可以有效抑制两侧的聚束，同时保持中间聚束的孤立。
所产生的孤立阿秒脉冲与外部激光自然同步，因此能用于高分辨率泵浦-探测实验，为阿秒科学提供了一种新思路。与以往基于周期量级超短激光脉冲方法相比，该方法仅需100 飞秒的常规激光，大大放宽了对种子激光的要求，提高了现有自由电子激光设备的可靠性。
这种相干X射线光源能在百阿秒的时间尺度上研究价电子的电子动力学，有望开辟超快科学的新领域。
文章见：Yaozong Xiao et al, Generating Isolated Attosecond X-Ray Pulses by Wavefront Control in a Seeded Free-Electron Laser, Ultrafast Science (2022). DOI: 10.34133/2022/9812478。
