FEL 的上述突出优点使得其在固体表面物理、半导体物理、凝聚态物理、光谱学、非线性光学、生物学、化学、医学、材料科学、能源、通信、国防科学等诸多方面有十分重要的应用。FEL 是探索微观世界的理想探针，能为多个学科开辟全新的研究领域，而FEL装置的建设也能推动相关高新技术和设备的发展。正如诺贝尔物理学奖获得者杨振宁先生所说：“自由电子激光对于21 世纪的科学与工业的影响是无法估计的。” ...
这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。 ...
作为信息的重要载体之一，光的波长、偏振、振幅等物理维度能够建立正交的数据通道，利用光的物理维度复用可提高光信息技术的容量和安全性。随着光信息技术的发展，数据的编码几乎耗尽了现有的相关物理维度，光信息复用的容量正迅速接近极限。自20世纪初科学家认识到光子携带轨道角动量(OAM)可作为光子复用的新维度以来，利用相位涡旋光场开发光子OAM的复用技术方兴未艾。...
而涡旋光束则由于具有螺旋位相，该光束中的光子带有轨道角动量，并可将轨道角动量传递给处于光场中的微粒（分子、原子、电子和等离子体等）上从而导致其沿圆周轨道运动。通过各种方式分别产生矢量光束和螺旋相位光束一直是激光光学研究领域的热点之一，但利用激光器直接输出同时具有矢量偏振和螺旋相位的激光束尚未见报道。 ...
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