揭秘“第四代光源”——自由电子激光

2012-12-10 09:03

　　自由电子激光器一般由电子束注入器(电子加速器)、横向磁场分量沿轴向周期变化的磁场、光学谐振腔等3部分组成，根据工作机理的差别，自由电子激光器大体分为康普顿型和拉曼型，前者注入的电子束能量较高，流强较弱，后者能量较低，流强较强，其光的受激辐射主要靠电荷密度波。

　　初步研究表明，自由电子激光具有一系列已有的其他光源无法代替的优点：

　　1、工作频率连续可调，其频谱可以从远红外到硬x射线；

　　2、峰值功率和平均功率高且可调；

　　3、相干性好且高度偏振；

　　4、具有Ps脉冲的时间结构，且时间结构可控等。

　　自由电子激光的发展

　　自1960年世界上第一台激光器诞生以来，随着激光器技术的研究和发展，人们普遍希望普通激光器的功率、效率、和波长调谐范围能有大幅度地提高，但对于普通的激光器来说，简直难于作到，于是科学家们开始探索新的方法，新的途径来提高激光器的性能．早在20世纪50年代初期，就有人提出了自由电子受激辐射的设想。

　　1950年，有人用射频直线加速器和摆动器演示了可见波长自发辐射和微波相干辐射．1957年到1964年问，自由电子微波激射器问世，称为"ubitron"，在5mm 波长上产生150KW 的峰值功率．同时，人们利用高能电子在轴向磁场中的横向回旋运动产生毫米波，但一直到1974年才首次在毫米波段实现受激辐射。

　　1977年，美国斯坦福大学的红外波段实现受激辐射。当时研究此课题时所需的电子加速器等设备相当复杂且价格昂贵。

　　1978年，美国海军研究实验室在红外区也取得实验成功。20世纪70年代，自由电子激光研究还不怎么兴旺。当它重新开始升温时，分别通过受激康普顿散射和受激拉曼散射发展。1983年，法国奥赛的电磁辐射应用实验室，首次用储存环中运行的电子束获得激光效应，这台新型的自由电子激光器首次在可见光频段发射光子。

　　1984年，美国物理学家在加速器上利用电子束放大一束微波辐射，获得了高功率、高效率、波长宽调谐范围的激光。自由电子激光器潜在高输出功率、高效率特性，使它首先就被考虑用在国防上。