基于先進加速器的光子大科學裝置是探索微觀世界最先進的工具之一，它能幫助科學家在原子和分子的層次上去研究物質的內部結構。2021年起，上海光源科學中心在第三代同步輻射光源這把“屠龍刀”之外，又迎來了一把“倚天劍”——軟X射線自由電子激光裝置。相比第三代同步輻射光源，軟X射線自由電子激光裝置擁有更快的脈沖——從幾十皮秒提升到百飛秒級，以及更高的峰值亮度——增強了約10億倍，它可以將微觀世界的快速變化過程拍攝成分子“電影”。

從一張張建設圖紙到微觀世界可感可視，再到科學用戶認可，中國科學院上海高等研究院加速器物理與激光技術部主任、研究員鄧海嘯與我國自由電子激光事業共同成長了19年，見證它的曲折經歷，歷數它的優秀，紛至沓來的榮譽見證了他在該領域的耕耘與成就。

受訪者供圖

奮起直追

2003年，上大三的鄧海嘯第一次接觸自由電子激光概念，就是來源于上海光源科學中心一位老師的宣講介紹。著名物理學家楊振寧稱之為光源領域最值得淘的“新金礦”，打定主意的鄧海嘯從清華大學工程物理系畢業后，2004年進入中國科學院上海應用物理所攻讀研究生，師從戴志敏研究員，開始了自由電子激光領域的漫長征途。

上世紀70年代初期，自由電子激光的概念剛從文獻中誕生出來。此后數十年，西方多個國家競相開展自由電子激光的理論和實踐探索，70、80年代，西方科學家一直在長波區域、即紅外、毫米波這些淺水區探索，直到2000年以后，紫外光、軟X射線、硬X射線才開始快速發展，自由電子激光裝置朝著更高能量、更短波長的方向穩步發展。“這個領域的研究起步時我還沒有出生，差距就是如此大”。鄧海嘯總結我國自由電子激光的發展歷程，就是從蹣跚學步到努力追趕的過程。

從研究生開始，鄧海嘯隨著團隊南征北戰，從第三代同步輻射光源，到上海深紫外自由電子激光裝置，再到大連極紫外相干光源，積累了十多年的經驗。2014年開始，鄧海嘯所在團隊開始了上海軟X射線自由電子激光裝置的研制。當時，這是團隊面臨的技術要求最高的工程，這項前所未有的挑戰就在“鸚鵡螺”旁邊。同步輻射光源是環型，自由電子激光是直線型，兩個大科學裝置都是加速器領域的前沿，都是供科學家使用的尖端科研工具。

鄧海嘯介紹道，我們的工作偏工科，不僅要懂加速器物理知識，也要和專業組的老師同學們共同參與裝置設計、設備技術指標設定和驗收、裝置調試。以往調試裝置的經驗給團隊成員樹立了堅定信心，但是沒想到軟X射線裝置的調試過程和難度超乎意料。在全長532米的裝置中，有成百上千個參數，實現試驗裝置“出光”目標就花費了3年多的時間，白天外部環境引起的地基震動和電網波動都會影響調試結果，團隊成員利用凌晨0點至5點這段時間開展實驗。加上停復機后機器狀態變化明顯，團隊決定全天不停機，每天兩班倒進行調試，以問題不過夜的態度提高裝置調試效率。

枯燥是科研工作的常態。“當我們面對這種復雜的問題的時候，一個人是沒辦法把所有關系、細節都理順的，這個時候需要依賴團隊，你的工作也只是其中的一小塊，然后又是需要反復去論證迭代，枯燥避免不了，但在這枯燥重復的過程中，你會發現了新的東西，給整個團隊帶來轉機。”

“在最緊張的那一段時間，空氣中開始散發出一些焦躁，我們會給自己做一些心理調節，盡量每天晚走一些，陪伴當班的同事，不論是驚喜還是挫折，獨行與并行的體會總不一樣，自由電子激光組的成員共同跨過了那段煎熬的歲月，最后人人身經百戰，經驗豐富”，鄧海嘯回憶道。

試驗裝置“出光”目標完成之后，團隊實力和經驗得到了大幅提升，用戶裝置“出光”目標的調試僅僅三個月就達成。經過多年的建設和精細調試，2021年5月，軟X射線自由電子激光用戶裝置成功實現了最短波長2納米的自由電子激光出光放大，之后科學家采用此光源實現了高于20納米的成像分辨率，相當于能看清1根頭發絲的三千分之一。目前，全世界軟X射線自由電子激光裝置共有3臺，其中一臺就在上海。

勇毅攀登

2009年，美國的直線加速器相干光源成功出光，把X射線自由電子激光研究帶進一個全新階段，它可以釋放世界上最亮的X光，照亮納米級的微觀世界，世界從此進入X射線激光時代，2023年，直線加速器相干光源的升級版有望產生第一批高重頻的X射線激光束。該領域美國仍然獨占鰲頭，但是中美兩國的差距正在不斷縮小。 “理論計算方面，并沒有什么秘密可言，中國科學家完全可以獨立自主完成。”鄧海嘯表示，“但是關鍵核心技術的突破，以及整機調試手段的掌握，必須要走一遍才能趟過去”。

在多年的裝置建設和調試過程中，鄧海嘯提出了很多新的機制，驗證了諸多設想。2012年，他將諧波運行理論引入X射線自由電子激光振蕩器，提出了中等能量驅動X射線自由電子激光振蕩器;2013年，他提出了相位匯聚型原理，被認為是外種子自由電子激光的新方向;2014年，鄧海嘯和同事們建立了基于相干波蕩器輻射的外種子自由電子激光調試方法，并率先開展了交叉平面波蕩器和高阻抗結構控制自由電子激光性能的實驗研究。2021年，他提出并演示了電子束團相干能量調制的自放大等機制，為高重頻外種子自由電子激光鋪平了道路，入選了當年的“中國光學十大進展”。

而他所在的這支軟X射線自由電子激光攻關青年團隊也是成果不斷，2021年，軟X射線自由電子激光攻關青年團隊實現了“水窗”波段全覆蓋，且輸出性能優異，成為全球僅有的3臺裝置中最早覆蓋“水窗”波段的裝置;2022年，軟X射線自由電子激光用戶裝置全面達到建設指標，并從2023年開始對用戶開放。軟X射線自由電子激光攻關青年團隊在2022年獲得第26屆中國青年五四獎章(集體)。

目前，在保障軟X射線自由電子激光運行的同時，鄧海嘯和他的伙伴們投身到了中國迄今為止投資最大、建設周期最長的國家重大科技基礎設施項目——硬X射線自由電子激光裝置的建設中，總投資近100億元。

鄧海嘯介紹道，硬X射線自由電子激光裝置將與已有的上海同步輻射光源、軟X射線自由電子激光裝置、超強超短激光實驗裝置等一起，形成全球規模最大、種類最全、綜合能力最強的光子大科學設施群，它將在能源、環境、健康和新材料發現等解決國家戰略需求的前沿領域發揮不可替代的作用。

知而篤行

鄧海嘯的研究生，第一年都要在中國科學技術大學集中學習學位課，鄧海嘯會給他們安排一些課題，要求他們把一段時間內的工作梳理成文，“可以是論文，也可以是一份報告，也可以是一份技術文檔，勤于整理自己的思路，工作必須處處留痕”。

“如果有了目標，就需要馬上動起來，千萬不能等，重復別人的工作也好，優化某個參數也好，入門越快越好”。鄧海嘯經常會分享自己的科研工作經驗，“未必每件事情都會成功，但是不動手，永遠兩手空空”。

鄧海嘯忙起來偶爾忘了回復微信，他就鼓勵學生打電話，不要顧及自己可能正在忙碌。他也傳授自己的經驗，教會學生合理利用時間，他認為，做科研工作要時刻總結，修正小目標，堅定大方向非常重要。

鄧海嘯十分愿意抽出大量時間和同學們交流：“我本身就是受到中國科學院上海應用物理所招生老師的宣講啟發才走上了這條道路，更愿意分享自己的經驗，未必是要讓他們從事自由電子激光這項工作，只要對他們的學習、工作、生活有一點點觸動，我的分享就很值得”。

都說興趣是科研最好的老師，但是興趣是怎么來的?鄧海嘯認為正向激勵是培養興趣的基礎，“科研之路到處都是挫折，有些人意志堅定可以堅持到底，但他們畢竟是少數，大部分人都缺乏動力，遭受打擊時非常需要鼓勵，如果有了成功的喜悅就應該多分享，有了小的成就需要大聲表揚，絕不能吝嗇自己的贊美。”

2022年，鄧海嘯擔任上海光源科學中心加速器物理與激光技術部主任，原來負責的自由電子激光物理組變成了部門下轄的六個組之一，肩上的擔子更重了。對過去，他滿懷感恩;對未來，他信心滿滿。“我感到非常幸運，能夠在這樣一個團隊，在趙振堂院士的帶領下，參加軟X射線和硬X射線自由電子激光裝置的建設工作，親眼見證并親身實踐著我國加速器光源領域幾代人夢想的實現。”