20世纪80年代，一种以相对论高品质电子束为工作介质的新型激光光源技术——自由电子激光诞生了。新一代光源技术在过去的几十年中得到了快速发展。特别是近年来，以美国斯坦福大学直线相干光源装置（LCLS）为代表的X射线自由电子激光获得了巨大的成功，极大地推动了第四代高亮度自由电子激光光源的发展，展示了其对科学技术发展的巨大影响。自由电子激光是通过加速后的电子在周期磁场中以受激发射方式产生的高亮度、可调谐、全相干的新型激光光源。相对于同步辐射光源，高增益自由电子激光可产生峰值亮度高8—10个量级的极紫外到X射线光脉冲，具有超短脉冲（皮秒、飞秒）以及全相干的特性。
自由电子激光作为一种全新的光源，世界各科技强国，如美国、德国、日本、意大利等，均将高增益自由电子激光的发展列为其未来科技发展计划的重要内容，在大型科学建设规划中予以优先支持和实施。到目前为止，世界上的大部分自由电子激光计划都集中在X射线区域，还没有一台工作在极紫外光谱区域的自由电子激光实验装置用于科学研究。极紫外区域光源是探测原子分子及其外壳层电子结构最重要的光子能量区域，在能源、化学、物理、环境、光刻技术等领域有着重要的应用前景，因此极紫外自由电子激光的发展也得到了世界上相关领域专家的高度关注。
2011年，杨学明、赵振堂、王东领导的由中国科学院大连化学物理研究所和上海应用物理研究所相关专家组成的联合研发团队提出了在我国率先建设基于新一代极紫外高增益自由电子激光（大连相干光源）综合实验装置的计划。这一项目通过中国科学院推荐申请，经过严格评审之后于2012年获得了国家自然科学基金委国家重大科学仪器研制项目的立项资助，资助金额1.03亿元，依托单位为中国科学院大连化学物理研究所，合作单位为中国科学院上海应用物理研究所。通过国际自由电子激光同行专家反复论证，项目于2013年12月确定了装置的技术方案，2014年10月22日正式开工建设。2016年9月24日，在不到两年的时间里完成了主要基建工程和主体光源装置的研制并实现首次出光，创造了同类大型科学装置建设的新纪录。2016年11月25日，自由电子激光自发辐射自放大模式（SASE）调试成功，激光脉冲能量超过100 μJ，并且首次实现了SASE模式的增益饱和。2017年1月15日，自由电子激光高增益谐波放大模式（HGHG）成功输出激光，激光脉冲能量达到210 μJ，超过设计指标。
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| 大连相干光源直线加速器 |
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| 大连相干光源实验站 |
大连相干光源是一台采用高增益谐波放大运行模式的EUV（极紫外光刻技术）自由电子激光用户装置，是一种以相对论高品质电子束作为工作介质，在周期磁场中以受激发射方式放大电磁辐射的新型强相干激光光源。利用300 MeV电子束团和240 nm—360 nm可调波长种子激光，光源的每一个激光脉冲长度为皮秒和百飞秒量级，包含超过100万亿（1×1014）个光子，波长可在整个极紫外区域（50 nm—150 nm）完全连续可调，具有完全的相干性。建成的大连相干光源是我国第一台大型自由电子激光科学研究用户装置，是当今世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置，也是世界上最亮的极紫外光源。曾有记者形象地将大连相干光源比喻成“照亮微观世界的超快超亮极紫外闪光灯”，这一“闪光灯”将成为化学、物理、生物、能源、环境等相关科学领域中独一无二的研究工具。
水是人类重要的生命因素，水无时无刻不在影响着自然界的各类活动，人类生存和社会发展都离不开水。例如，气相、液相、固相的相互转化是地球的气候演化的重要环节；光合作用需要水的参与；生命过程需要水的参与等。尽管水分子的化学组成简单，仅是由1个氧原子和2个氢原子组成，但其存在很多反常的性质，且人类对其在物理、化学、生物过程中的作用机理知之甚少，例如氢键的构成。利用新建成的大连相干光源，课题组已经对水分子展开了研究，希望能进一步帮助理解水的性质和发展研究中性水团簇结构的新方法。其一，对水分子在极紫外波段的光解动力学进行了系统性的研究，发现了罕见的三体解离过程和高振转分布的产物·OH自由基，这些发现将帮助人类理解星际中·OH自由基的产生和能级分布；其二，结合红外光谱技术，首次测得水中性团簇（三聚体、四聚体、五聚体）的红外光谱，获得团簇的结构信息，科学上深入解析了水中氢键的构成，对于理解空气中水分子的聚集过程（雾霾过程的重要部分）有着重要意义。
除此之外，大连相干光源团队已经跟国内外各个领域的科学家展开了广泛的合作。中国科学院生态环境研究中心束继年研究员团队计划在大连相干光源建立专门研究雾霾成因的气溶胶实验站，主要分析大气化学中中性团簇的精细结构，揭示气溶胶的成核动力学机制，以期能够更深入地理解雾霾成因。中国科学技术大学胡水明教授和卢征天教授团队计划利用大连相干光源高亮度的极紫外激光结合原子井痕量分析技术进行稀有放射性同位素的灵敏探测，从而开展地下水、冰川样品和其他环境水样品的测年工作，该方法是14C方法的有力补充。上海交通大学齐飞教授是国际上燃烧动力学领域的著名专家，其团队主要研究不同燃烧条件下燃烧产物的构成；利用大连相干光源，将极大地提高产物探测的灵敏度，可以更加细致地研究燃烧过程，将有助于充分了解发动机燃烧过程中复杂的流体反应体系，从而实现先进发动机的高效率燃烧和低污染排放。不仅在国内科研领域，大连相干光源在国际上也产生了巨大的影响。例如，德国哥廷根大学教授兼马普协会Fritz Haber研究所所长Alec Wodtke已经在德国申请到200万欧元资金，计划在大连相干光源建立表面化学研究实验站，主要研究能源转化过程中的催化机制——结合光源和分子束技术，有望深入揭示分子与表面之间的化学反应及传能机理，推动新催化机理的产生。大连相干光源有望成为世界上独一无二的极紫外波段光子科学中心，并在物理、化学、生物等多领域，特别是能源科学领域，成为世界级的基础科学研究中心。中国科学院上海应用物理研究所为本项目的合作单位。
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| 大连相干光源安装合影 |
高相干高亮度光源是人类探索物质世界的重要手段，自由电子激光（FEL）是继同步辐射之后的新一代（第四代）高亮度相干光源，是大型光源的最新发展方向，具有高亮度、超短脉冲、波长可调等特点。目前世界上已有的和在建的FEL装置多运行在X射线和红外区域。大连相干光源是当前世界上唯一运行在极紫外区域的FEL用户装置，将广泛地应用于化学、物理、生命科学和材料科学等方面的研究，产生世界领先的研究成果。该光源已于2017年初成功建成，结合先进的实验站技术，相干光源团队已在中性水分子团簇的振动光谱、水分子的极紫外光解动力学等方面取得了重要进展，并正与国内外多个领域的科学家展开广泛的合作研究，向世界级的基础科学研究中心迈进。
——周鸣飞，复旦大学化学系教授，教育部长江学者特聘教授