精解自由電子激光器原理是什麽?

 自由電子激光器自由電子激光器你了解多少?)的工作原理可簡述如下。由加速器產生的高能電子經偏轉磁鐵注入到極性交替變換的扭擺磁鐵中。電子因做扭擺運動而產生電磁輻射(光脈衝),光脈衝經下遊及上遊兩反射鏡反射而與以後的電子束團反複發生作用。結果是電子沿運動方向群聚成尺寸小於光波波長的微小的束團。這些微束團將它們的動能轉換為光場的能量,使光場振幅增大。這個過程重複多次,直到光強達到飽和。作用後的電子則經下遊的偏轉磁鐵偏轉到係統之外。以上是FEL產生過程的比較形象的描述。從物理學角度看,這個過程就是電子對輻射的受激康普頓散射的結果。這裏一個最為關鍵的環節是電子要聚集成許多短於光波波長的束團。因為,隻有這樣它的輻射才是相幹的,而FEL的技術難度,恰恰也正在於此。電子束性能必須十分優越(能量分散小,方向分散小,時間穩定度高……),同時流強盡可能大,才能達到要求,顯然,FEL工作波長愈短,技術難度也就愈大。

通過穩定的電子束來泵浦(高功率的光纖激光器及其包層泵浦技術),配置電子貯存環讓電子束再加速並再循環使用,用靜電方法或逆向運轉的射頻線性加速器使電子減速以充分利用出射電子束的剩餘能量,使用上述任何一種方法都可以進一步增大總體效率。自由電子激光器輸出的激光波長\lambda _s與電子的能量E有關:\lambda _s \sim 1/E^2,故改變電子束的加速電壓就可以改變激光波長,這叫做電壓調諧,其調諧範圍很寬,原則上可以在任意波長上運轉。在現有的電子槍和加速器的實驗條件下,可以獲得從毫米波到1000Å的光頻波段範圍內的連續調諧的相幹輻射。自由電子激光器的輸出功率與電子束的能量、電流密度以及磁感應強度B_0有關,它可望成為一種高平均功率、高效率(理論極限達40%)、高分辨率的具有穩定功率和頻率輸出的激光器件,采用它能夠避免某些工藝上的麻煩(如激光工作物質稀缺、有毒或腐蝕金屬、玻璃),另外,它基本上不存在使用壽命問題。

自由電子激光器在短波長、大功率、高效率和波長可調節這四大主攻方向上,為激光學科的研究開辟了一條新途徑,它可望用於對凝聚態物理學、材料特征、激光武器、激光反導彈、雷達、激光聚變、等離子體診斷、表麵特性、非線性以及瞬態現象的研究,在通訊、激光推進器、光譜學、激光分子化學、光化學、同位素分離、遙感等領域,它應用的前景也很可觀。

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