全球首次！红外自由电子激光器首次在双色模式下运行

2024-03-11 18:15

近日，德国柏林马克斯普朗克学会的弗里茨哈伯研究所（FHI）实现了一个技术里程碑——红外自由电子激光器首次在双色模式下运行。

此项全球领先的技术创新，使得同步双色激光脉冲实验成为可能，并为研究固体和分子的时间过程等应用开辟了新的可能性。

目前，全世界范围内大约有十多种自由电子激光器，这些激光器在尺寸（从几米到几公里）、波长范围（从微波到硬X射线）和成本（从数百万到超过10亿）方面差异很大。然而，它们拥有一个共同的特点：都会产生强烈而短的辐射脉冲。

近几十年来，自由电子激光器已成为重要的辐射源，在基础研究和应用科学中得到了广泛的应用。

据悉，弗里茨哈伯研究所（FHI）的研究人员与美国的合作伙伴共同开发了一种新方法，该方法能够同时产生两种不同颜色的红外脉冲。

这一技术的实现过程精妙绝伦：在自由电子束流中，电子束首先经过电子加速器的加速，达到接近光速的极高动能。随后，这些高速电子通过波动器，在周期性极性变化的强磁场作用下，被迫进入一个类似回旋的路径。

电子的振荡作用导致了电磁辐射的发射，而辐射的波长可以通过调整电子能量或磁场强度来进行精确控制。正因如此，自由电子激光器（FELs）能够在电磁频谱的几乎所有部分产生类似激光的辐射，覆盖从长太赫兹到短X射线波长的广阔范围。

自2012年以来，FHI的FEL一直在稳定运行，产生强烈的脉冲辐射，其波长在中红外（MIR）范围内连续可调，范围从2.8微米至50微米。近年来，FHI的科学家和工程师致力于双色扩展的研究，成功安装了第二个FEL分支，以产生波长在5-170微米之间的远红外（FIR）辐射。

这一创新不仅拓展了FEL的应用范围，也为其在科学研究领域的发展开辟了新的道路。

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