找準工作切入點?■記者 張雙虎2019年1月11日淩晨3點，從中國科學院上海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）強場激光物理國家重點實驗室裡傳出一陣歡呼這歡呼聲意味着，該所研究員王文濤團隊在曆經3000多個日夜奮戰後，将“夢之束”變成了“現實之光”，我來為大家科普一下關于找準工作切入點?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

找準工作切入點

■記者 張雙虎

2019年1月11日淩晨3點，從中國科學院上海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）強場激光物理國家重點實驗室裡傳出一陣歡呼。這歡呼聲意味着，該所研究員王文濤團隊在曆經3000多個日夜奮戰後，将“夢之束”變成了“現實之光”。

如果說靈感是對艱苦勞動的獎賞，那麼創新或許可以看作對追求夢想者的鼓勵。日前，獲得2021年中國科學院年度創新人物殊榮後，王文濤淡定地表示，取得領先世界的突破，“不隻是團隊辛苦加班換來的，更重要的是在深挖物理機制的基礎上不斷嘗試、不懈追求、不停創新”。

日常工作“孕育”創新

在上海光機所強場激光物理國家重點實驗室門口的LED顯示屏上，一行标語格外醒目——“加班奮戰三百天，不見出光誓不還”。王文濤對《中國科學報》說，“2013年實驗室剛建好，我們就立下了這樣的誓言。”

2012年，王文濤帶領一支年輕的隊伍開始激光尾場電子加速和新型台式化輻射源研究。一開始，他就清楚地意識到，從事這項研究意味着坐很長時間的“冷闆凳”——不但發不了文章、得不到專利，甚至晉升和得到同行認可的時間也延長了很多。

當時，上海光機所非常支持這群年輕人，想盡辦法為他們解除“後顧之憂”。團隊就用這句铿锵的口号，表達了全力以赴的決心。“‘三百天’是個虛指。”王文濤說，“一年365天，我們加班的天數實際上遠遠大于300天。”

因為進行激光尾場電子加速研究涉及精細的“調光”過程，而晚上安靜的環境更有利于實驗，所以加班成了常态，他們基本上每天都忙到深夜。

自由電子激光分為三步。一是用激光驅動。激光器組每天把激光器準備好、把激光調好，聚焦到氣體分子上，激發出電子産生微波場。二是調光的品質。三是将電子束調穩并達到長距離傳輸，實現出光。

“微波場就像船在海上高速前進時産生的尾迹，會把電子卷進去一起向前。因為光速很快，就帶動電子接近光速，從而獲得較高的能量。”王文濤解釋說，“激光器組花兩個小時調出光，再用四五個小時調穩、傳輸。這個過程非常枯燥，每天都得來一遍，而且前面任何細微抖動或偏離，電子束就傳不到後面去。”

就這樣，原本以為兩三年就能完成的工作，他們日複一日地“打磨”了五六年。

“在這個過程中，很多工作進行了創新。”王文濤認為，完成這項工作首先要克服一些傳統的物理難題，比如激光等離子體的不穩定性、強激光的非線性效應不穩定、小尺度加速器的物理局限等。

團隊提出并率先驗證“級聯尾場”“梯度注入”“協同注入”“啁啾補償”等多種方案，驗證了級聯尾場加速機制，取得激光驅動産生國際最高品質（亮度接近最先進的直線加速器）、最低能散（千分之二）電子束等多項世界領先成果，實現該領域從跟跑到領跑。

挖掘深層次的物理問題，并從原理性出發，找準切入角度，提出開拓性方案，通過巧妙的實驗和技術手段實現這些方案，這是王文濤團隊長期以來對“創新”一詞的理解。

“随着現代物理學的發展，基本物理原理、物理體系上的創新可能不會出現了，更多的是從實驗技術和實驗方案上進行創新和提升。”王文濤說，“這或許可稱作方法創新或技術創新，關鍵是要找準切入點。”

出現第一縷霞光

2004年，美、法、英等國科學家首次在實驗中取得激光尾波場電子加速的突破。該成果在《自然》作為封面文章報道時，用的标題就是“dream beam”（夢之束）。

“‘夢之束’有兩層含義。”王文濤說，“一是夢想中的完美的加速，二是尚存于夢想中的還未能實現的加速器。科學界認為，未來粒子加速器應該趨于小型化。”

激光尾波場讓加速器小型化成為可能。此後，利用激光尾波場加速器驅動的小型化自由電子激光，特别是X射線波段的自由電子激光，成為該領域科學家共同追求的前沿。

2018年，王文濤團隊成功研制出穩定台式化激光電子加速器，産生單能電子束的重複率為100%。物理學家認為，這表明《自然》專刊“2020年遠景”中預測的激光領域五大突破之一“台式化粒子加速器”提前實現，也标志着我國在台式化粒子加速領域率先實現了從實驗到儀器最關鍵的轉變。

2021年，王文濤團隊通過顯著提升激光尾波場加速的電子束品質，并結合創新設計的緊湊型束流傳輸與輻射系統，首次實現了基于激光加速器的自由電子激光放大輸出，典型激光波長27納米，最短激光波長可達10納米級，單脈沖能量可達100納焦耳級，并通過軌道偏移以及自發輻射定标等方法，證明了最後一段波蕩器中能量增益高達100倍，在國際上首次實現基于激光電子加速器的極紫外波段的自發輻射放大輸出。

“目前已經完成了原理驗證，實現了增益放大。這隻是第一步，還不能稱之為‘完成了自由電子激光’。”王文濤說，“《自然》雜志2004年那篇文章被認為是小型化加速器的‘黎明’，我們這個成果就相當于出現了‘第一縷霞光’，目前還不是最強的光。”

走近“小型化”夢想

2021年7月22日，《自然》封面發表了王文濤團隊的研究成果。《自然》和《科學》的同期專欄評論認為，“該成果是激光尾波場領域自2004年‘夢之束’報道以來又一裡程碑式的成果，将對同行科研人員産生重大影響，是一項重大的突破。”“這是一個巨大的進步！”

從大型計算機到各類手持終端，在計算能力迅速提升的同時，體積卻在不斷縮小。同樣，大型加速器動辄數十公裡的設備規模也讓它成為極端“奢侈”的科研裝備。

“做小也是為了做強。就像集成電路迅速發展，有了個人計算機、手機後，人們還需要超級計算機。加速器體積小了之後，才會在可能的空間裡實現更強大的功能。”王文濤說，“宇宙中已經發現了一些極高能量的電子，目前地球上還無法實現這樣的高能電子，未來會通過高加速梯度的方案來模拟這樣的宇宙粒子。”

加速高能粒子除了可以進行粒子對撞、研究基本物理問題外，還能作為輻射源在生産生活中實現多種應用。目前，利用激光尾波場電子加速器已實現十米量級，“原來需要加速幾十公裡才能達到的速度，現在隻需十幾米即可”。

“未來我們要進一步提升自由電子激光的輸出功率和光子能量，在确保性能的前提下，向台式化自由電子激光不斷努力。”王文濤說。

來源： 中國科學報

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