Laser na swobodnych elektronach
Laser na swobodnych elektronach, czyli FEL, to laser, który wytwarza bardzo jasną wiązkę światła. Jest to w zasadzie super latarka. Posiada takie same właściwości optyczne jak konwencjonalne lasery, np. emituje wiązkę składającą się ze spójnego promieniowania elektromagnetycznego, które może osiągnąć dużą moc. FEL zastosował zasady działania, aby utworzyć wiązkę, które są bardzo różne od zasad działania konwencjonalnego lasera. W przeciwieństwie do laserów gazowych, ciekłych lub na ciele stałym, takich jak lasery diodowe, w których elektrony są wzbudzane podczas wiązania z atomami, FEL wykorzystują relatywistyczną wiązkę elektronów jako czynnik laserowy, który porusza się swobodnie w strukturze magnetycznej, stąd określenie "wolny elektron". Laser na swobodnych elektronach ma najszerszy zakres częstotliwości spośród wszystkich typów laserów i może być szeroko przestrajalny, obecnie w zakresie długości fal od mikrofal, przez promieniowanie terahercowe i podczerwone, po spektrum widzialne, po ultrafiolet i promieniowanie rentgenowskie.
Lasery na wolnych elektronach zostały wynalezione przez Johna Madeya w 1976 roku na Uniwersytecie Stanforda. Praca opiera się na badaniach przeprowadzonych przez Hansa Motza i jego współpracowników, którzy w 1953 r. wykonali pierwszy falownik na Stanford przy użyciu konfiguracji magnetycznej wigglera, która jest sercem lasera na swobodnych elektronach. Madey wykorzystał wiązkę elektronów 24 MeV i 5 m długości wiglera do wzmocnienia sygnału. Wkrótce potem inne laboratoria z akceleratorami zaczęły opracowywać takie lasery.
Lasery na wolnych elektronach zużywają dużo energii elektrycznej podczas pracy. Aby zredukować energię potrzebną do ich działania, naukowcy używają liniowego akceleratora odzyskiwania energii do recyklingu wysokoenergetycznej wiązki elektronów, która aktywuje laser.
Laser na wolnych elektronach FELIX w FOM (Nieuwegein)
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest laser na swobodnych elektronach?
O: Laser na swobodnych elektronach (FEL) jest laserem wytwarzającym bardzo jasną wiązkę światła. Posiada on te same właściwości optyczne, co lasery konwencjonalne, takie jak emitowanie wiązki składającej się ze spójnego promieniowania elektromagnetycznego, która może osiągnąć dużą moc. W przeciwieństwie do laserów gazowych, cieczowych lub półprzewodnikowych, takich jak lasery diodowe, w których elektrony są wzbudzane podczas wiązania z atomami, w laserach FEL jako czynnik świecący wykorzystuje się relatywistyczną wiązkę elektronów, która porusza się swobodnie w strukturze magnetycznej.
P: Jaki zakres częstotliwości obejmuje laser na swobodnych elektronach?
O: Laser na swobodnych elektronach ma najszerszy zakres częstotliwości spośród wszystkich typów laserów i może być szeroko przestrajany. Obecnie jego długość fal rozciąga się od mikrofal, poprzez promieniowanie terahercowe i podczerwień, do spektrum widzialnego, do ultrafioletu, do promieniowania rentgenowskiego.
P: Kto wynalazł laser na swobodnych elektronach?
O: Lasery na swobodnych elektronach zostały wynalezione przez Johna Madeya w 1976 roku na Uniwersytecie Stanforda.
P: Co było używane do wzmacniania sygnałów we wczesnych eksperymentach z FEL?
O: We wczesnych eksperymentach z laserami FEL John Madey używał do wzmacniania sygnałów wiązki elektronów o energii 24 MeV i wigglera o długości 5 m.
P: Kto opracował wcześniejszą wersję tego, co miało się stać FEL-em?
O: Hans Motz i jego współpracownicy opracowali w 1953 roku w Stanford wcześniejszą wersję tego, co stanie się FEL-em, wykorzystując konfigurację magnetyczną wigglera, która jest sercem lasera na swobodnych elektronach.
P: Ile energii elektrycznej zużywają FEL podczas pracy?
O: Lasery na swobodnych elektronach zużywają dużo energii elektrycznej podczas pracy.
P: Jak naukowcy mogą zmniejszyć ilość energii potrzebnej do działania?
O: Aby zmniejszyć ilość energii potrzebnej do pracy, naukowcy używają akceleratora liniowego do odzyskiwania energii z wysokoenergetycznej wiązki elektronów, która aktywuje laser.
