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深入内部揭秘美国JLab的自由电子激光器(组图)

自由电子激光器的改进能够使其在更广的波长范围内运行,即从紫外0.25微米到15 微米,平均功率高到10000瓦,可调性更快。

FEL的电子回收段

  增加两个超导直线加速器部件,改进后的装置能量从 40 MeV 提高到160 MeV,束流的平均电流从 5 mA提高到 10 mA,通过采用光学速调管,使引出效率提高2倍。紫外线区,将采用单独的光学腔体和扭摆磁铁。

FEL的低温组件及束线

  2010年8月19日,紫外自由电子激光器获得第一个700纳米的激光波长,并迅速达到了100 W的功率水平。随后,在2010年8月31日,激光波长达到400纳米,当天晚些时候降到363纳米。

FEL的控制室与用户实验室

  2010年12月9日,紫外自由电子激光器首次成功产生10 eV的光子。运行在基波370纳米的紫外演示自由电子激光器上的孔耦合输出镜将真空紫外谐波光传送到校准的真空紫外二极管。对每10eV微脉冲中5纳米焦耳完全相干光(39光子)进行测量,约占基波能源的0.1%,符合预期。至12月底,波长达到124纳米。

光源功率是波长的函数

  这项研究奇迹将为许多以前无法进行的研究打开一扇大门。例如,可以用来测定物质的年龄,这些物质存在的时间可能超出了碳元素年代测定法可以测定的年代。放射性碳测定法使科学家能估算很多年龄超过6.2万岁的物质的年代。放射性氪测定法使科学家能测定10万到100万年前的物质,而从自由电子激光器发出的这种10 eV的光可以产生亚稳定的氪原子。另外,这种方法有助于研究海洋环流模式,并且绘制出地下水的运动情况,同时测算极地冰的年代。

自由电子激光器升级示意图

红外光束线(左侧)与紫外光束线(右侧)

  

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