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短波長(zhǎng)渦旋光因其獨(dú)特的螺旋相位分布和軌道角動(dòng)量特性，在非線性光學(xué)、超分辨顯微成像、凝聚態(tài)物理、細(xì)胞生物學(xué)等前沿科學(xué)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。但受限于現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，如何產(chǎn)生高亮度、短脈沖以及相干性好的高品質(zhì)X射線渦旋光尚不明晰。近期，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院研究員馮超團(tuán)隊(duì)在高品質(zhì)X射線渦旋光產(chǎn)生方法上取得突破，并提出基于波前整形的新方案。該方案通過(guò)在自由電子激光增益過(guò)程中微調(diào)輻射波前，實(shí)現(xiàn)了X射線光束從高斯模式向渦旋模式的高效轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)依賴螺旋波蕩器或全息元件方法不同，該方案無(wú)需額外對(duì)電子束進(jìn)行操控或采用復(fù)雜光學(xué)器件，即通過(guò)引入一對(duì)可調(diào)傾角的平面反射鏡，使高增益自由電子激光裝置中產(chǎn)生高亮度渦旋光束，且該光束具備更好的波長(zhǎng)可調(diào)性與更高的工程可行性。模擬結(jié)果表明，該方案可在數(shù)十吉瓦功率水平下輸出占比超97%的高純度渦旋X射線。該研究提供了波前整形新思路，解決了當(dāng)前大多光學(xué)元件難以滿足X射線自由電子激光高功率和波長(zhǎng)范圍局限的問(wèn)題，有望應(yīng)用于現(xiàn)有X射線自由電子激光裝置和多種自由電子激光運(yùn)行模式。同時(shí)，該研究為X射線自由電子激光裝置產(chǎn)生渦旋光提供了簡(jiǎn)單有效的新途徑，為學(xué)界進(jìn)一步探討復(fù)雜電子結(jié)構(gòu)、材料微觀構(gòu)型以及生物分子動(dòng)力學(xué)等研究方面提供了新的觀測(cè)手段。相關(guān)研究成果以Intense X-Ray Vortices Generation via Wavefront Shaping in High-Gain Free-Electron Lasers為題，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院的支持。論文鏈接基于波前整形產(chǎn)生X射線渦旋自由電子激光的方案示意圖在自由電子激光增益過(guò)程中通過(guò)模式競(jìng)爭(zhēng)自然形成高純度的渦旋X射線