自由电子激光在紫外及远红外端取得新进展

近来,自由电子激光在短波长端(紫外)和长波长端(远红外)取得了新进展[1].法国Orsay一研究组利用ACO储存环的电子束(166MeV)获得波长为1.06μm的高功率脉冲Nd:YAG激光的三次谐波输出,即波长为3550A的近紫外光.他们认为,如用波长为2480A的准分子激光作为输入光源就可得到827A的三次谐波输出,从而进入极紫外范围. 这里所遇到的技术问题是空气及材料对真空紫外的吸收.其次,增益与频率的二分之三次方成反比,当激光波长缩短时,激光器的长度必须增加.他们的激光器长度为1.3m. 他们认为,如果有一储存环为5m的直线段可供自由电子激光器使用,就…     

自由电子激光

 激光现在已得到了极为广泛的应用。它是利用工作物质的原子、分子或离子的特定能级之间的辐射跃迁,将激励的能量转换成相干辐射的能量而形成的。因此激光的波长、功率和空间分辨本领都要受限于激光器的工作物质。不利用原子、分子或离子的能级,而又能产生大量的相干光子,是科学家们长期孜孜以求的目标。上世纪80年代初,马迪(JohnMadey)在他的博士论文中首次提出了自由电子激光的概念,并在1976年和他的同事们在斯坦福大学首次实现了远红外自由电子激光,观察到了10.6μm波长的光放大。从那时起人们对自由电子激光的理论和实验的研究进入了一个新的阶段,并取得了丰硕的成果。     

北京自由电子激光实验装置首次出光

 北京自由电子激光（后简称BFEL）实验装置于1993年5月26日首次出光,在10.65μm波长,给出了较自发辐射功率高出10³倍的信号,成为亚洲地区研制的近十台红外谱区的FEL振荡器中,第一个产生了激光的装置,也是继美国之后,成功地使用热阴极微波电子枪产生了红外自由电子激光的装置.它是我国高技术领域的一个重大的突破.下面将对FEL的发展概况,BFEL的总体布局,采取的技术路线,关键技术达到的水平,以及调试的过程,作一简单的综述.     

基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。     

X射线自由电子激光:原理、现状及应用

<正>20世纪70年代,研究人员提出了自由电子激光的概念并建造了远红外自由电子激光器。随后,许多国家都开展了相关的理论研究与实验探索,并于21世纪初建造了X射线波段的自由电子激光器。X射线自由电子激光器是一种基于直线电子加速器的大型科学研究装置,可以产生波长可调的     

自由电子激光的基本原理

激光是基于受激放大原理而产生的一种相干光辐射.普通激光是固体或气体的原子或分子产生的受激相干辐射,而自由电子激光则是由真空中的自由电子产生的受激相干辐射.自由电子激光的概念是杰·梅第(John Maday)于1971年在他的博士论文中首次提出的［1］.1976年他和他的同事们在斯坦福大学建立了第一台远红外波段的自由电子激光装置,实现了10.6μm波长的光放大.研究表明,自由电子激光具有很多其它光源无法替代的优点,在科学研究、军事和国民经济各方面具有重要的应用前景［2］.因此从80年代中期开始,自由电子激光的研究在很多国家都开展…     

基于回声增强高次谐波产生的双色自由电子激光

基于回声增强高次谐波产生，提出了能够产生软X射线波段双色自由电子激光脉冲的方案，并对该方案进行了理论模拟和关键技术研究。研究给出了双色种子激光的产生方案，搭建了双色种子激光系统，该系统可以产生中心波长分别为264.8 nm和265.3 nm、脉冲延时可调的双色种子激光。基于该双色种子激光，在模拟中最终可以得到波长分别为5.884 nm和5.894 nm、峰值功率约为300 MW、脉冲延时可调的软X射线双色自由电子激光辐射脉冲。     

冲击波引发的相干光

美国Livermore国家实验室的E．Reed教授最近发现了一种新的相干辐射光源，它与过去的激光以及自由电子激光有明显的差别．这种类型的新相干光子是通过将冲击波射入晶体后产生的，这些光子的相干性有点类似于发生激光的机制，但它与激光不同的是，它不是一种受激辐射；它更像是在靶晶体点阵内一行一行原子的协调运动所产生的结果。     

激光导致水击穿和等离子体形成过程的物理分析

对短脉冲激光作用水介质中引起光学击穿的机制进行了分析,通过自由电子密度速率方程的数值解确定激光的击穿阈值.将数值计算结果与波长在可见光和近红外波段,脉宽为ns、ps和fs的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中的实验测量的击穿阈值作了比较.还计算了等离子体中自由电子密度的演化、等离子体吸收系数和能量密度.通过解自由电子密度速率方程得到结果与实验测量的值符合得很好.     

X射线自由电子激光

X射线自由电子激光是一种基于电子直线加速器的大型科学研究装置,可以产生超高亮度、超短脉冲、波长可调的相干X射线辐射,在物理、化学、材料、生命科学等诸多领域都有非常广泛和极为重要的应用。文章介绍了X射线自由电子激光的基本原理、运行模式、发展历程、国内外X射线自由电子激光大科学装置的发展态势以及近年来我国X射线自由电子激光装置的现状。     

X射线自由电子激光:原理、现状及应用

 20世纪70年代，研究人员提出了自由电子激光的概念并建造了远红外自由电子激光器。随后，许多国家都开展了相关的理论研究与实验探索，并于21世纪初建造了X射线波段的自由电子激光器。X射线自由电子激光器是一种基于直线电子加速器的大型科学研究装置，可以产生波长可调的超短超强相干X射线激光脉冲。在过去的十多年中，X射线自由电子激光引起了科学界的广泛关注，各个国家的大力投入和支持使其在很短的时间内取得了迅速的发展，在物理、化学、生命科学、材料科学等领域都发挥了重要的作用。本文将简要介绍X射线自由电子激光的基本原理、发展现状、及其在各学科领域中的应用。     

BFEL自由电子激光研究取得重大突破

正当“第一次亚洲自由电子激光学术研讨会”在中国科学院高能物理研究所召开之际,由该所承担的国家“863”高技术项目——北京自由电子激光装置(BFEL)传来喜讯,在亚洲地区研制的同类近十台红外谱区的自由电子激光(FEL)装置中,第一个产生了激光信号(见图).     

基于光栅结构的自由电子激光波荡器（特邀）

波荡器是自由电子激光器的关键技术部件,目前常规的波荡器主要由磁体构成,利用磁场实现电子束偏转振荡,将电子束能量耦合至激光场。本文提出一种基于光栅表面电场的电波荡器机制,以发展自由电子激光器的小型化技术。阐述了该波荡器的基本原理及电子束在波荡器中的运动规律,推导了该方案下的自由电子激光波长及增益,对所采用的光栅表面电场进行二维仿真,并对电子束进行了跟踪仿真,计算了能量10 MeV电子束产生的激光增益为0.43,验证了基于光栅结构的微纳波荡器方案的可行性。     

PKU-FEL设计的初步考虑

 北京大学在其超导加速器装置PKU-SCAF的基础上将建成一个红外自由电子激光实验平台PKU-FEL。它可以提供高稳定度、高平均功率、高谱纯度、ps脉冲的自由电子激光。给出了PKU-FEL的初步设计方案。     

加深光学速调管自发辐射谱调制的研究

相干谐波储存环自由电子激光的相干增强因子正比于光学速调管自发辐射谱调制率的平方,加深光学速调管自发辐射谱的调制是相干谐波储存环自由电子激光研究的重要一环.介绍在中国科学技术大学800MeV电子储存环上所进行的加深光学速调管自发辐射谱调制的研究工作,调制率已从0.236提高到了0.80,为相干谐波产生实验奠定了基础.     

我国第一台太赫兹光源出光

经过长达8年坚持不懈的努力，中国工程物理研究院基于射频直线加速器技术的远红外自由电子激光（FIR-FEL）实验取得突破性进展，于2005年3月24日晚8时30分首次出光，并多次重复．中心波长115μm，谱宽1％．这标志着我国第一个可调谐相干太赫兹（THz）光源建成出光，填补了国内空白，是我国新型激光技术领域一个具有里程碑意义的重要成果．     

X射线自由电子激光试验装置

X射线自由电子激光试验装置(以下简称"SXFEL试验装置")是中国第一台X射线相干光源,其输出波长小于9 nm。这台基于0.84 GeV直线加速器、以掌握装置相关技术和实验演示种子型自由电子激光(FEL)级联与短波长回声型FEL为主要目标的自由电子激光装置,于2020年11月通过国家验收。本文将介绍SXFEL试验装置的基本情况和主要进展。     

自由电子激光及其新近发展

本文指出，７０年代中期出现的自由电子激光是一种完全新型的相干光源．它的一些特点是其他相干光源不可比拟的．正是由于这些特点，人们从微波到软ｘ射线的广阔谱区内已经开始和正在设计它的应用．本文在简述了自由电子激光的原理之后，着重介绍了自由电子激光发展中的新思想，正是这些和以后出现的新的思想，使它日趋成熟、完善和富有生命力．     

基于束流相空间拍频产生锁模自由电子激光的物理机制研究

提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案,利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构,在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串,并在此基础上进行高次谐波辐射,产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明,利用264 nm的种子激光,可在束流中形成18次谐波的群聚分量,并能最终产生中心波长约14.58 nm的锁模多色FEL辐射。     

100微米自由电子激光研究进展

自由电子激光器（FEL）是一种将相对论性电子的动能变换成电磁辐射的装置。电子束和电磁波沿摇摆器在同一直线上传输，摇摆器使电子产生横向的速度分量，实现电子和辐射场之间的能量交换。从电子束抽取的动能转换成电磁辐射，辐射的波长决定于电子束的能量和摇摆器参数。FEL具有波长连续可调、可获得高功率和光束品质好等优点，在军事上和基础科学研究中有很好的应用前景，美国、日本以及一些欧洲国家对自由电子激光的研究极为重视，并得到了很好的成果。2004年7月美国的JLAB实验室获得了10kW的自由电子激光，使人们对自由电子激光在激光武器中的定位进行了重新思考，从而掀起了又一轮世界范围内的自由电子激光研究热潮。