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       自1960年世界上第一臺激光器誕生以來， 隨著激光器技術的研究和發(fā)展， 人們普遍希望普通激光器的功率、效率、和波長調諧范圍能有大幅度地提高， 但對于普通的激光器來說， 簡直難于作到， 于是科學家們開始探索新的方法， 新的途徑來提高激光器的性能。

　　早在20世紀50年代初期， 就有人提出了自由電子受激輻射的設想。1950年， 有人用射頻直線加速器和擺動器演示了可見波長自發(fā)輻射和微波相干輻射。1957 年到1964年間， 自由電子微波激射器問世， 稱為“ubitron”， 在5mm 波長上產生150KW的峰值功率。同時， 人們利用高能電子在軸向磁場中的橫向回旋運動產生毫米波， 但一直到1974年才首次在毫米波段實現(xiàn)受激輻射。1977年，美國斯坦福大學的紅外波段實現(xiàn)受激輻射. 當時研究此課題時所需的電子加速器等設備相當復雜且價格昂貴. 1978年， 美國海軍研究實驗室在紅外區(qū)也取得實驗成功。20世紀70 年代， 自由電子激光研究還不怎么興旺。當它重新開始升溫時， 分別通過受激康普頓散射和受激拉曼散射發(fā)展。1983年， 法國奧賽的電磁輻射應用實驗室， 首次用儲存環(huán)中運行的電子束獲得激光效應， 這臺新型的自由電子激光器首次在可見光頻段發(fā)射光子。1984年， 美國物理學家在加速器上利用電子束放大一束微波輻射， 獲得了高功率、高效率、波長寬調諧范圍的激光。

       自由電子激光器潛在高輸出功率、高效率特性， 使它首先就被考慮用在國防上。20世紀80 年代， 美國里根總統(tǒng)提出了戰(zhàn)略防御倡議計劃， 使自由電子激光器成為美國“星球大戰(zhàn)”計劃中陸基或天基定向能武器中最有希望的候選者。這就促使了美國自由電子激光器的研究、開發(fā)取得了一系列很大的進展。

　　激光技術的研究和開發(fā)應用是以軍事武器的研究應用為先導， 而逐步推廣應用于民品開發(fā)生產中去的。研究和發(fā)展自由電子激光器的領域十分廣闊， 科學家們在許多領域內進行了大量嘗試或試探性的應用研究工作。由于自由電子激光器體積龐大， 造價高昂， 極大地限制了其使用范圍。自由電子激光器能否充分發(fā)揮其優(yōu)異特性而走向實用， 最終將取決于器件能否小型化。因此， 國際上研究自由電子激光器的熱點轉向了小型化、實用化、短波長(真空紫外、軟X射線)方面。美國LosAlamos實驗室于1993 年首次實驗成功小型化的自由電子激光器( FEL)。它運行在4-6μm波段，輸出峰值功率10MW， 光陰極電子槍的亮度高達2*10（12）A /m2.rad2， 實現(xiàn)了高質低能( 17M ev) 電子束產生中紅外自由電子激光。整個裝置占有較小的空間， 從而使FEL向小型化和實際應用邁進了一大步。另一方面， 人們在小周期波蕩器、虛火花放電裝置及虛火花放電、高壓電源的改進等幾項新技術方面開展的研究都為自由電子激光器走向小型化提供了有利條件。同時， 研制波長幾毫米以下的微型擺動器以及激光擺動器、適于上述擺動的低能及角度色散電子束源的開發(fā)也成為研究的目標。另外， 利用切倫科夫輻射和史密斯.帕塞爾輻射的新型自由電子激光器， 體積也大大縮小。

　　自由電子激光器能否出光， 運行質量如何， 主要取決于電子束的質量和電子加速器的運行質量。由于激光陰極射頻槍以及高亮度電子儲存研究的進展， 很有希望獲得高質量的電子束。自由電子激光器裝置結構復雜、體積龐大， 價格昂貴、而加速器則是其主要部分， 因此， 自由電子激光器的研究首先要解決的就是研制小型化、簡單化的加速器。

　　20世紀90年代初期， 自由電子激光器的平均功率就已達11W。為進一步提高自由電子激光的輸出功率和效率并進一步縮短波長， 特別是探索更有效的短波長(紫外及X 射線)自由電子激光的機理， 人們對各種與等離子體有關的“非常規(guī)”自由電子激光器進行了研究， 并迅速成為自由電子激光研究領域內的熱點之一。如等離子體波Wiggler自由電子激光， 以等離子體為背景的靜磁Wiggler自由電子激光和離子通道激光。

　　1994年10月， 日本關西學術文化研究都市津田的自由電子激光研究所制成了兆瓦量級的自由電子激光實用裝置。 這歸功于花了二、三十年研究成功的電子直線加速器、微波源和超高真空等基礎技術。開發(fā)遠紫外自由電子激光器需要大電流的貯存環(huán)， 長壽命的電子槍以及10（- 9） Pa的超高真空等技術。

       以自放大自發(fā)輻射為基礎的單程自由電子激光器提供了另一種向真空紫外和X 射線激光推進的路線， 這種自由電子激光器可能提供極強的偏振超脈沖類激光輻射。除了它們的高峰值亮度和高平均亮度外， 電子能量的可調諧性使得這種自由電子激光器成為真空紫外和X 射線輻射無可匹敵的光源。

　　本世紀初， 德國漢堡研究人員報告了德國電子同步加速器的真空紫外激光器已產生80 ~120nm可調諧， 吉瓦級功率， 30 ~ 100fs脈沖， 其峰值亮度比目前第三代同步輻射源高8 個數(shù)量級。2003年開始進行6nm 自由電子激光器的研究工作。

　　人們在成功地建造出真空紫外波段的自放大自發(fā)輻射自由電子激光器后， 研究人員把目光放在產生0.1nm最小波長的X 射線自由電子激光器上。德國漢堡電子對撞中心( DESY)的科學家研制出了相當于1000 萬倍自然光強度的X 射線激光器。這種自由電子激光器達到了理論上的最大功率。在紫外線照射時， 其功率比其它光源要強千倍。這臺自由電子激光器長約30米， 波長范圍在80到180納米之間。據(jù)俄羅斯“勞動報”報道，西伯利亞科學家成功地制造出一臺世界上獨一無二的輸出功率和頻率均可調的自由電子激光器。這臺自由電子激光器高達百米， 功率可調范圍為10~ 100 千瓦， 波長的變化范圍為2 ~ 30μm， 該激光器的方向性極強， 光束射到月球表面時， 光斑直徑不超過30厘米。