日前，以中国科学院大连化学物理研究所为依托单位，上海应用物理研究所为合作单位，由国家自然科学基金委资助的“基于可调极紫外相干光源综合实验装置”——大连光源调试出光，输出光脉冲光子数达到140万亿个，成为单脉冲世界上最亮的可调极紫外光源，这意味着我国在极紫外波段自由电子激光的研制方面走在了世界前列。

随着人类对自然界的认识不断深入，我们已经知道与人类生活息息相关的很多物理和化学过程在本质上都是原子和分子过程，比如臭氧层空洞的形成涉及到大气上层臭氧分子（O3）的淬灭机制，雾霾的形成涉及到污染物分子（SO2、CO 等）聚集过程，燃烧过程涉及到氧原子或氧分子与其它分子的反应等一系列过程。要控制或利用这些物理和化学过程，我们就需要在实验室里研究这些过程所涉及到的原子和分子的反应机制，因此就需要精确并且高灵敏度地探测所涉及到原子和分子。

自19世纪以来，电和电磁波不仅成为人类社会最重要的输送和使用能源的形式，而且也成为了人类认识和感知物质世界的最重要的媒介和手段。例如，现在人们都是把声音和图像通过麦克风和摄像头等转换成电信号，然后进行处理和传输。同样，如要探测物质世界中的原子和分子，最关键的就是要将所要探测的物质世界中的原子或分子中的相关信息变成易于识别和处理的电信号，最直接的方法就是把原子或分子中的电子打出来，使得原子、分子变成带有正电荷的离子，带正电的离子击打在探测器上，就会形成电信号，这样的方法使得我们可以更加灵敏地探测原子、分子及自由基。此外，通过探测打出来的电子，我们还可以得到原子分子以及物质的结构和动态信息，进而在原子分子层次上探索物质世界的奥秘。

近代物理证明，光的本质是电磁波，同时也是粒子，光子本身带有能量，波长越短，光子的能量就越高。可见光的波长大致处于400~700纳米之间（1纳米等于10亿分之一米），其光子能量可以刺激人的视觉细胞产生信号，而波长小于可见光的紫外光因为光子能量高，就会对人体产生危害，比如 UVA （320~ 400纳米）和 UVB （270 ~ 320纳米）紫外光。而当波长短到100纳米附近时，一个光子所具备的能量就足以电离一个原子或分子而又不会把分子打碎，这个波段的光称为极紫外光。由于在科学实验中，需要探测的原子或分子数量可能非常少，存在时间也非常短，普通的极紫外光源无法满足这个需求，必须要有高亮度的极紫外光源，即极紫外激光。极紫外光能够电离几乎所有的组成普通物质的原子和分子的特性使得它无法在普通物质（包括空气）中传播，只能在真空中传播，所以极紫外光也称为真空紫外光。因此，极紫外激光无法在普通物质中产生和放大，只能在“特殊物质”中产生，这个“特殊物质”就是脱离原子核而单独存在的自由状态的电子。

根据电动力学原理，加速运动的电子会向外辐射电磁波，尤其是来回变向跑动（振荡）的电子辐射电磁波能力非常强。我们常用的无线信号，无论是电视还是手机，都是通过驱使电子在天线里来回振荡发射电磁波。在大连极紫外相干光源中，时间宽度为几个皮秒（1皮秒 = 1万亿分之一秒）的脉冲激光（驱动激光）在光阴极上打出一簇高密度的脉冲电子，利用直线加速器将这个脉冲电子束加速到3亿电子伏特的能量（这相当于让电子穿越3亿伏的超高压电场）。这时，由于相对论效应，电子的速度与光速非常接近。我们再用另一束皮秒或者亚皮秒时间宽度的强激光（种子激光）照射在这个高能电子束上，电子束中的电子在种子激光的电磁场的作用下，就会按照激光的波长在空间重新分布（调制），其中含有丰富的谐波成分。然后让空间分布被调制的电子束继续穿越一系列周期性变化的磁场（即波荡器）。

根据电磁学原理，电子在周期性磁场中会一边以光速向前飞行，一边左右摆动，这样电子就会向前辐射出光线。由于电子飞行的速度和光速非常接近，电子在飞行途中各处发射的光会叠加增强，同时电子自身辐射的光也在调制电子自己的空间分布，从而使得电子更加强烈地辐射光线。如果我们适当地选择周期性磁场的强度，就会使得种子激光中的某个谐波成分按照前述方式急剧地自激放大并达到饱和，从而输出我们需要的极紫外激光。

为了实现国际领先的技术指标，大连光源采取了一系列先进的技术，包括引入双馈入电子直线加速管、楔形波荡器技术等。自行设计和搭建的驱动激光的整形系统及其稳定性达到了国际先进水平。为了保证整个极紫外相干光源的稳定运行，整个系统所在建筑的防辐射性能、地基的防振性、激光器超净间温湿度的恒定性和电子加速器冷却水温度的稳定性都达到了极高的标准。建成以后，大连光源将成为当今世界上在极紫外波段最强的自由电子激光，在这样的极紫外光照射下的区域内，几乎所有的原子和分子都“无处遁形”，因此是研究与原子分子过程相关的物理和化学科学问题的强有力的利器。大连光源综合实验装置还以极紫外相干光源为依托，配套研制了一系列具有国际先进水平的，用于研究与燃烧、大气以及洁净能源相关的物理化学过程的实验站，使得该装置成为相关研究领域的一个在国际上独具特色的，不可替代的研究平台。