X 射线和激光在科研中均有广泛的应用。但是 X 射线的波长较短，常规激光原理难以在该波段产生强激光，所以一直以来，我们都无法获得 X 光波段的强激光。1976 年，斯坦福大学教授约翰梅迪 [1, 2]，创立了一种新型的激光原理-自由电子激光。自由电子激光器中，电子的通过相对论效应和 micro-bunching 产生相干辐射光场，理论上其辐射波长可以覆盖全光谱。2011 年，利用该激光原理，Linear Coherent Light Source 首次产生了0.15nm 的超亮超快 X 激光脉冲 [3]。这次报告，主要关注 X 射线自由电子激光器的发光原理。通过简化的一维动力学方程和相空间运动，解释自由电子激光器的谱线特征及其相干性的起源。

参考文献

[1] D. A. G. Deacon, L. R. Elias, J. M. J. Madey, G. J. Ramian, H. A. Schwettman, and T. I. Smith. First operation of a free-electron laser. Phys. Rev. Lett., 38:892–894, Apr 1977.

[2] Luis R. Elias, William M. Fairbank, John M. J. Madey, H. Alan Schwettman, and Todd I. Smith. Observation of stimulated emission of radiation by relativistic electrons in a spatially periodic transverse magnetic field. Phys. Rev. Lett., 36:717–720, Mar 1976.

[3] Paul Emma, R Akre, J Arthur, R Bionta, C Bostedt, J Bozek, A Brachmann, P Bucksbaum, Ryan Coffee, F-J Decker, et al. First lasing and operation of an ångstrom-wavelength free- electron laser. nature photonics, 4(9):641, 2010.