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自由電子激光器的工作原理(二)

星之球激光 來源:科學(xué)網(wǎng)2013-02-18 我要評論(0 )   

以磁韌致激光器為例, 磁韌致激光器的工作原理是基于康普頓散射效應(yīng)和磁韌致輻射效應(yīng)。被加速的電子通過周期性磁場時, 因受磁場作用產(chǎn)生磁韌致輻射效應(yīng)而激勵電磁波。...

       以磁韌致激光器為例, 磁韌致激光器的工作原理是基于康普頓散射效應(yīng)和磁韌致輻射效應(yīng)。被加速的電子通過周期性磁場時, 因受磁場作用產(chǎn)生磁韌致輻射效應(yīng)而激勵電磁波。按洛倫茲變換, 周期橫向磁場變成既有磁場又有電場的電磁波。該磁場對電子的作用就象迎面而來的入射光波一樣可以產(chǎn)生康普頓散射, 從而誘發(fā)受激輻射。在這個過程中, 電子釋放的光能大部分被磁場中別處的電子所吸引, 但只有波長λ滿足λ= λq /2γ2的光才被放大。受激康普頓散射才是激光。 要產(chǎn)生受激康普頓散射, 必須使高能電子與電磁波( 光子)發(fā)生作用。根據(jù)理論計算, 磁韌致輻射產(chǎn)生的電磁波其強度可以相當(dāng)大, 其頻率可以很高。放大后的光輻射被限制在光學(xué)諧振腔內(nèi), 被兩塊彼此相對的反射鏡來回反射, 其往返與脈沖電子束同步, 且通過波蕩器調(diào)節(jié)鏡子間隔而產(chǎn)生相干振蕩.這個電磁波(光子)作為入射激勵波再與新的電子束混合放大, 使光輻射得到進一步相干放大, 而輸出高功率的激光脈沖。因此, 當(dāng)一束高能電子注通過周期橫向靜磁場時, 可以獲得強大的激光輸出。在振蕩場合下, 光學(xué)諧振腔是一個重要的部件。光學(xué)諧振腔要求有寬通帶特性, 以適應(yīng)在較寬的波長范圍內(nèi)工作; 光損耗要盡可能減小, 以便于起振。在低增益系統(tǒng)中, 光學(xué)諧振作用是提供反饋和為合適性能所需的光學(xué)模式提供選擇。高增益自由電子激光器則往往不需用光學(xué)諧振腔就以產(chǎn)生自放大的自發(fā)輻射??梢?, 自由電子激光器的發(fā)展, 可以說是同步輻射和受激輻射的巧妙結(jié)合。它消除了同步輻射所帶來的非單色性和非相干性的缺陷。

       控制系統(tǒng)是整個自由電子激光器各部分協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在, 對能否出光起著決定性的作用。它主要由控制臺和觸發(fā)系統(tǒng)兩大部分組成。

  自由電子激光器的波長決定于電子束的速度、電子能量、磁擺動的周期。因此, 通過調(diào)節(jié)加速電子的能量或者外設(shè)電磁場的強度, 很容易改變輻射光的波長, 以實現(xiàn)大范圍的調(diào)諧。

  按照電子束的束流大小, 自由電子激光器( FEL ) 可分為拉曼型( Raman 型) 和康普頓型( Comptou型)。工作在可見光或紅外波段的康普頓型自由電子激光器(高電子能量、低電子密度) 把激光器波段推向了短波甚至到X 射線; 工作在毫米和亞毫米波段的拉曼型自由電子激光器(低電子能量, 高電子密度) 填補了可見光, 紅外光到微波之間的波段。

  現(xiàn)有的大多數(shù)自由電子激光器產(chǎn)生的輻射都由短脈沖組成, 自由電子激光器有可能產(chǎn)生脈寬僅幾個飛秒的超短脈沖, 單脈沖能量達到毫焦耳量級。

 

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