美国能源部橡树岭国家实验室开发的激光梳就是一个例子。这项由激光科学家 Yun Liu 开发的先进技术使物理学家能够在不影响操作的情况下实时测量超导直线加速器中的粒子束。测量捕获有关光束粒子分布变化的关键信息。这项技术的开发和使用巩固了 ORNL 在束流仪器方面的领导地位，并引领了高功率质子加速器的进步。

　　ORNL 研究加速器部主任 Fulvia Pilat 表示：“该部门内有一系列连贯的活动，我们将自己定位为能够执行下一代高功率机器。” “这种突破为实现目标奠定了基础。

　　法拉第杯奖是粒子加速器仪器界最负盛名的奖项，也是实验室获得的第一个此类奖项。国际光束仪器会议赞助该奖项，以表彰加速器科学在具有操作功能的设备方面的杰出飞跃。自设立以来的 31 年里，该奖项的颁发次数只有原来的一半左右。

　　ORNL 拥有如此有影响力的束流仪器计划，因为它涉及新型束流仪器的研究和开发。

　　“在基于激光的光束诊断方面，我们独树一帜，”ORNL 加速器科学与技术部门负责人 Sarah Cousineau 说。“对我来说，这个奖项验证了我们的研究计划。它还表彰了 Yun 在开发专门为超导直线加速器量身定制的新型光束诊断方面的非凡领导能力，超导直线加速器是高功率质子加速器的未来。”

　　科学家们使用 ORNL 散裂中子源的中子来了解不同条件下原子尺度的材料行为。他们的研究为推进清洁能源技术、塑料升级回收、人工智能和治疗创造了途径。每年，全球数以千计的科学家都在 SNS（世界上最强的脉冲中子源）上争夺射束时间。

　　然而，产生中子需要高能量、高功率的质子束。ORNL 的超导直线加速器使用带负电的氢离子来产生高能、高功率质子。ORNL直线加速器或直线加速器的前端以 90% 的光速将氢离子脉冲射入直径约 4 英寸、长 300 码的金属管中 。

　　粒子自然想要飞离一角硬币大小的离子脉冲或光束。但是这种飞走或光束损失意味着辐射可能会出现在不应该出现的地方。它还会削弱离子脉冲，从而在该过程的后期产生较少的中子。对于科学家来说，光束损失意味着更少的光束时间。考虑到这些因素，定期的光束线研究可确保安全、查明所需的维护并最大限度地提高用户的光束可用性。

　　梳理光束

　　多亏了 Liu 的激光梳，进行这些光束线研究的物理学家少了一个限制。梳子解决了测量光束随时间变化的长期问题；这些测量曾经只能通过单独测量来实现。取而代之的是，刘的激光充当相机，只需按一下快门即可拍摄一卷照片。梳子或激光脉冲的每个齿都捕捉到光束中粒子的分布如何在万亿分之一秒内发生变化。使用 Liu 的激光梳，物理学家不仅可以选择光束脉冲的部分进行测量，还可以在不中断加速器运行的情况下研究单次测量中的变化和揭示模式。

　　“Yun 的技术使我们能够测量长度，这很困难，因为光束几乎以光速飞行，”SNS 研究加速器部门光束仪器组组长 Sasha Aleksandrov 说。“Yun 找到了克服这一限制的解决方案。它不仅可以让我们提高现有加速器的性能，还可以设计出更强大的机器。”

　　9 月，刘将在今年于加拿大萨斯卡通举行的 国际光束仪器会议上发表关于激光梳的主题演讲，他还将在会上获得法拉第奖。

　　“我对这个奖项感到非常荣幸和谦卑。我们在射束诊断方面已经工作了十多年。我做梦也没想到有一天我们会获得这样的认可，”刘说。“这不仅对我而且对我的很多同事都是一个很大的鼓励。我们小组有很多不同领域的专家，他们为项目的成功做出了贡献。”

　　刘先生于 1986 年在中国合肥的中国科学技术大学获得机械工程学士学位。他于 1994 年在日本滨松的静冈大学获得电子工程博士学位。他在静冈大学从事博士后工作1994 年大学毕业，1996 年至 2001 年在日本京都高级电信研究所担任研究人员。刘是 ORNL 中子科学理事会的高级研究人员。他撰写了 100 多篇出版物，并拥有四项美国专利和三项日本专利。Liu 在 2013 年因创造了一种从广域激光阵列中提取高质量激光束的方法获得了 2013 年的 R&D 100 奖，用于各种激光应用。

　　SNS 是能源部科学办公室用户设施。

　　UT-Battelle 为美国能源部科学办公室管理 ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。科学办公室正在努力解决我们这个时代一些最紧迫的挑战。