示意图自由电子激光是一种具有广泛用途的全相干光源，波长可覆盖太赫兹至硬X射线波段。X射线FEL 采用大型射频直线加速器将电子能量加速至10GeV左右，并通过色散结构压缩电子束团，压缩后的电子束团在波荡器的周期性磁场中作扭摆运动从而辐射出X射线。X射线脉冲长度一般由电子束团长度决定，而将电子束团压缩到阿秒十分困难。2014年，黄森林和SLAC及劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）的同事共同提出了获得更短脉冲的新方案。在这一方案中，电子束团在时间-能量的相空间内形成角状分布，具有强而窄的电流尖峰和较长的低电流拖尾，只有尖峰部分有足够的强度产生自由电子激光，从而可获得几百阿秒的X射线脉冲。最近在LCLS的实验中成功实现了这一方案，通过优化加速器参数及电子束团电荷量，产生了200阿秒、光子能量为5.6 千电子伏和9千电子伏的X射线激光脉冲。这一方案不需对现有XFEL装置进行任何复杂的升级改造，因此也可在国际上其它类似的XFEL装置上实现阿秒X射线脉冲。阿秒时间尺度的X射线对研究原子及分子尺度上的电子动力学具有重要作用。
Physics报道截图黄森林副教授为论文第一作者，SLAC合作者中丁原涛研究员为北京大学校友、黄志戎教授为北京大学客座教授。在LCLS上的实验工作由丁原涛研究员负责。国家重点研发专项（批准号：2016YFA0401904）部分资助了该项研究。
编辑：安宁
