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非常规自由电子激光器

一、引言 自由电子激光(FEL)是一类不同于传统激光器的新型高功率相干辐射器件。在最近的十几年叭、它的发展极为迅速,并成为现代物理学中最引人瞩目的研究方向[11。这种利用相对论性自山电子为工作物质的新型激光器不仅可以得到极高的功率输出,而且工作波长连续可调.有可能产生从微波到x射线范围的任何波长的相干辐射.且频谱较纯,发散角小;同时它不需要其它激活介质.避免了传统激光器中由激活介质带来的诸如介质吸收、自聚焦等效应,有利于改善光束的质量。这些优点使它不仅成为美国“星球大战”(sDI)计划中陆基或夭基定向能武器中最有希望的候选者.而且在激光核聚变、超导研究、生物医学、材料科学、同位素分离以及基础科学的研究方面有着广泛的应用前景。 当前,在自由电子激光的研究中存在两个问题:(1)为获得更高的功率和效率.人们希望喇曼型自由电子激光能工作在强束流状态。但是.由于束的空间电荷效应使得传输的束流低于真空限制流仁自。镇mc,/e、17kA.器件...  (本文共7页) 阅读全文>>

《成都大学学报(自然科学版)》2005年03期
成都大学学报(自然科学版)

自由电子激光器的发展及其应用

1前言自由电子激光器(FEL)是一类不同于传统激光器的新型高功率相干辐射光源.虽然传统的激光器具有极好的单色性和相干性,但它的低功率、低效率、固定频率和光束质量差的弱点,使它大大逊色于自由电子激光器.自由电子激光器不需要气体、液体或固体作为工作物质,而是将高能电子束的动能直接转换成相干辐射能.因此,也可以认为自由电子激光器的工作物质就是自由电子.1977年,由于当时已经有了超导加速器和强磁场技术条件,在美国斯坦福大学建成了世界上第一台自由电子激光器.这台激光器借助于超导直线电子加速器提供的43Mev的电子束辐射红外光.这种利用高能电子(又称相对论性自由电子)为工作物质的新型激光器得到了极高的功率输出.由于在自由电子激光器中电子能量改变是连续的,因此它的光束能在很宽的频率(或波长)范围内连续调谐.自由电子激光器较传统激光器有如下优越特性:(1)传统的激光器是由电子在原子或分子中确定的能级间跃迁产生光发射实现的,而自由电子激光器没有...  (本文共5页) 阅读全文>>

《激光与光电子学进展》1993年09期
激光与光电子学进展

电子束效应可导致新一类自由电子激光器

近来对史密斯一帕塞尔效应(SP)现象的实验研究产生了远红外可调谐相干辐射,且有希望得到新一类非常规小型高效自由电子激光器。由达特默思学院(汉诺威)以及牛津、埃萨克斯大学的科学家进行的这项工作,成功地采用3.6MoV电子束和简单的金属光栅产生360~1860协m易调谐的辐射,没有采用摆动器。 普通自由电子激光器,由于其宽可调谐性、高相干性和高功率,理论上似乎是理想的,但是在实用中,它们很大、很重、费用昂贵。尽管已经通过改进小型加速器设计、计算机控制和摆动器工艺,改进了自由电子激光器使之较小、用途较多、较易使用,但这类激光器仍然只能供实验室使用。 利用史密斯一帕塞尔效应,早在40年前就发现自由电子通过金属光栅感生金属电子的周 入。1.?3.口In T=58.6keV入二6 09的口刃n少~294耽V入一工.88In川T一45.又keV入二4 .31mm犷一99 skoV久~5 O3trmt望~57.sk已V二竺乌金属光栅与光栅周期、...  (本文共2页) 阅读全文>>

《光机电信息》2000年06期
光机电信息

远红外波段的自由电子激光器

科学家们已找到了用于研究半导体纳米结构和大气成分的一种便利的辐射源,其发射波段在远红外区。为此目标,Dartmouth学院的研究者们做出了一个结构紧凑的小功率自由电子激光器,它可产生10urn~]mm的可调谐相干光束,并改装了一个扫描电子显微镜用以发送一个电子束通过一个金属衍射光栅.经电磁耦合形成发射出红外光...  (本文共1页) 阅读全文>>

《百科知识》1994年02期
百科知识

自由电子激光的现状和未来

由电子激光自从1977年问世以来,由 于它一系列的优点,从而 受到了科学家的广泛重 视。世界各大实验室,特 别是美国的各大实验室, 都根据自身的条件,相继 开展了自由电子激光的 大规模研究工作,并在不 同的领域内,为探索新的 物理机制和研究新的物 理问题,发展新的技术途 径和开辟新的应用项目, 提高激光的功率和效率 以及进一步缩短波长等 方面.都取得了令人瞩目 的进展。与任何一门技术 一样,自由电子激光也有 它自身的发展过程,即起 步、发展、成熟等阶段。从 70年代中期到80年代 中期属于起步阶段;从 80~90年代属于技术发 展阶段。下面我们谈一谈 十几年来在自由电子激 光研究中最有代表性的 一些实验装置和取得的主要实验结果. 奄米波自由电子激光 从工作的方式看,自由电子激光可分为两大类:即放大器型自由电子激光和振荡器型自由电子激光。毫米波自由电子激光都是以放大器形式工作的,采用的是几个随V的强流电子束产生,因此具有高增益的特...  (本文共2页) 阅读全文>>

《科学大众》1994年01期
科学大众

自由电子激光及其应用前景

最近,有关新闻单位报导,我国研制的北京自由电子激光装置.成功地产生了红外波段的自由电子激光,它是在亚洲地区研制的近10台红外波段自由电子激光装置中,第一个产生激光信号的,这标志我国高科技领域的激光和加速器技术已达到国际水平。 自由电子激光是一种将电子束能量直接转换为激光的装置。1975年·美国斯坦福大学的一位科学家使用一个超导直线加速器的电子束流,第一次实现了红外波段的自由电子激光,引起了国际科技界的重视,竞相开展研究,并考虑它的应用问题。 为什么科学家要研究自由电子激光?自由电子激光的工作原理是什么?它有那些应用前景?我们向大家做如下的简要介绍。 我们知道,60年代初发展的传统激光,它的工作原理是基于原子、分子、离子系统中能级之间的跃迁。一般地讲,它产生的受激辐射是单频、相干但波长基本是固定的。它具有单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特点。它的缺点在于波长难以调变。因此,研究波长范围广阔、连续可调、动率强大,相干性好的激光...  (本文共1页) 阅读全文>>

《百科知识》1995年06期
百科知识

我国自由电子激光研究的现状

自由电子激光是相对论电子束在外场的激励下经受激放大产生的相干光源。由于它具有频率连续可调、功率大、效率高、光束质t好等优点,自70年代中期问世以来就受到了世界各国的重视。近20年来,经各国科学家的共同努力,在探索新的物理机制和发展新的技术途径、开辟新的应用项目等方面,都取得了令人嘱目的进展。 我国自由电子激光的研究,始于80年代中期.经过近10年的努力,一批研究项目已经在各个研究所和大学相继获得成功,有些项目已在亚洲处于领先水平,个别项目已接近世界水平。 康,顿型自由电子滋光所谓康普顿型自由电子激光,一般指的是采用束流比较弱(几安~几十安)的高能电子束来产生的自由电子激光.中科院高能物理研究所研制的北京自由电子激光器(BFEL)的实验成功,标志着我国自由电子激光的水平已迈上了一个新的台阶.北京自由电子激光器,由一台30MeV的射叔直线加速器提供流强为z0安培的束流。它采用发射度低、设备相对简单的徽波电子枪先进技术作为电子注入器。...  (本文共2页) 阅读全文>>