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物理学家突破激光电子相互作用的记录 转换效率大幅提高

2016-10-31 10:54
路过的码农
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  研究人员将一个电子束的能量转换成一个相干光的脉冲,其转换效率为30%,远高于大多数自由电子激光器的10%的效率。虽然他们的演示只产生红外光,该方法可能会有助于实现有效的、高功率激光器,即工作在一个范围内的波长内,包括X射线。这样的X射线源可以用来更快和更有效地用于半导体芯片上的蚀刻电路。

  研究人员利用美国布克海文国家实验室的设施,研究人员利用一个五米长的隧道进行一个电子束的加速演示,以验证其能量转换。然后,他们利用磁铁组成的几米长的螺旋路径进行电子的导向,然后用一个红外激光照射这些电子。

  在使用相干光照射时,激光会使电子减速。由于发射的光与激光的波长相同,这种被称为受激辐射的过程,有效地放大了原来的红外激光束。放大的程度取决于电子束的起始能量,该团队说明,它打破了“自由空间传播的激光脉冲和一个相对论电子束”相互作用的记录。

  该研究团队成功地以超过30%的效率转换电子的能量到三皮秒脉冲相干光中,且有一个约100千兆瓦的峰值功率。Pietro Musumeci是美国洛杉矶加利福尼亚大学的一个物理学家,他也参加了这项研究工作,研究人员首先尝试这项研究大约是在30年前,但当时这项技术只是成功地转换光束的能量转化为较长波长的微波波长。

  更多的期待

  Musumeci研究小组推断光脉冲的能量是通过电子束能量丢失的多少和通过测量理论模拟值的比较测试来判断,尽管研究团队计划在未来的实验中直接测量脉冲的能量。他补充说,在原则上,通过把实验设置为更长的时间,可以将电子束能量的90%转化为相干光。激光将激发电子束发射持续一个较长的时间,从而将更多的能量转换成相干光。

  最终的目标是创建一个连续的脉冲,以产生一个有效的,高功率的激光。激光对于科学和工业的应用是因为其聚焦点的集中,能有效地把光集中在一小束激光中,Wim Leemans说道,他是伯克利的激光加速器实验室的主任,他并没有参与这项研究。这种脉冲束中的紧密聚焦的光可以应用在例如,捕捉快速量子现象的“快照”。

  然而,相干光源通常是低效的,Leemans说。例如,一个X射线自由电子激光只有约10%的效率,使这一种技术可以很显著地将电子束能量的30%部分转换到光子中。Leemans,他的研究是致力于开发一个适合的桌面的便携式X射线激光,这种微型激光源,能够适应这种技术且能够实现更高的效率。

  Musumeci说,这项技术最终可以用于制造高效、大功率、13纳米量级的X射线源,用于蚀刻半导体芯片上的微电路。“所有的新一代芯片使用在你的iPhone和你的电脑上,都是利用13纳米的激光制造的,”他说。“因此,如果你有一个有效的光源,你可以打印地越来越快。”

  为了调整所产生的光脉冲的波长,他说,在他们设置的红外激光将需要被替换为一种新的波长的激光,且空腔中的磁铁的间距将进行调整。

  这个研究的相关论文已发表在《物理评论快报》杂志上。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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