自由电子激光

自由电子受激发射的原理早在1951年莫茨(Motz)[1]就提出过,他认为电子行经电场或磁场时产生辐射,辐射的频率取决于电子的速率.电子能量从1MeV到1GeV的范围可产生从微波至硬 X 射线的频谱.他认为将电子束聚焦,可以使一群电子相干地辐射。相干辐射的功率比非相干辐射高约106的量级.这个设想在1953年虽然进行过实验,但未获成功.直到六十年代后期与七十年代初期,由于相对论强流电子束与高能电子加速器装置的发展,对自由电子受激发射开展了大量的实验与理论研究.典型的报导文章有[2-7].自由电子微波激射的实验成就推动着自由电子激光的发展.本…     

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。     

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…     

自由电子激光同步振荡边带超辐射的数值模拟研究

给出了描述自由电子激光同步振荡边带超辐射的方程组和它的解法,用编制的数值计算程序,对系统进行数值模拟研究,给出边带超辐射的频率和功率的定量结果,并证明在边带辐射中诱导辐射仍是主要的。     

远红外波导自由电子激光器的新性能

提出了用波导本征模展开的方法计算射频调制的短脉冲电子束在矩形波导中的自发辐射，模展开系数决定了辐射进入ＴＥ０ｎ模的功率，将短脉冲理想化为时间上的δ函数，可以发现辐射频率正好等于用来调制电子束的射频的整数倍时，辐射模式表现为“纯”的波导本征模，此时辐射功率最强，用此方法估算了设计中的上海远外波导出自由电子激光器的辐射功率。     

利用拉曼自由电子激光测量目标毫米波散射特性的初步研究

介绍拉曼自由电子激光器应用于目标的毫米波散射特性研究所做的一些探索性工作。自由电子激光器是七十年代中期出现的一种新型强相干辐射源。拉曼自由电子激光输出在毫米波段具有高功率、可调谐等优点。利用自由电子激光辐射高能量和宽频带的特点，研究及材料的毫米波散射特性，开创了新的研究方向和研究途径，具有重大的应用前景。本文在这方面进行了探索性研究，得到了一些初步结果。     

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。     

回声谐波放大型自由电子激光相干涡旋X射线产生方案

外种子型自由电子激光具有全相干、频谱稳定、极高亮度的优点,可以实现在超小空间和超快时间尺度下对物质结构的研究。具有特殊横向相位模式的光特别是具有螺旋相位的带轨道角动量的涡旋光已经在众多科学领域有了应用,基于自由电子激光原理产生的辐射横向模式基本上为简单的高斯模式,为产生具有横向螺旋相位的相干涡旋X射线,对基于回声谐波放大型(EEHG)自由电子激光产生涡旋光方案进行了深入研究,并且根据上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)的参数,进行了相关方案设计和模拟研究。三维模拟结果表明,外种子型EEHG自由电子激光可以产生峰值功率可达到GW量级的相干涡旋软X射线。     

上海深紫外自由电子激光的非线性谐波辐射研究

 自由电子激光中的非线性谐波辐射能达到较高的谐波功率,可以用来得到短波长辐射或者降低第4代先进光源对电子束团品质的严厉要求。基于3维自由电子激光软件,深入详细地研究了上海深紫外自由电子激光装置的非线性谐波辐射,并且提出了谐波辐射实验和测量建议。研究表明上海深紫外自由电子激光装置3次非线性谐波辐射的功率可以达到基波功率的2%水平。     

喇曼型无引导场自由电子激光实验

EPA-74脉冲线加速器二极管改用凹面聚焦阴极产生束流,从有栅网阳极孔引出后,通过磁透镜将束流注进长1.5m,周期长3.45cm的双绕螺旋摇摆器中,摇摆器磁场为1.25kGs时,进入摇摆器均匀区的束流为280A,传输到均匀区末端束流130A。实验得到130dB/m的增长率和辐射输出饱和现象,饱和功率7.6MW,效率5％。由波导色散线和微波量热计分别测得辐射频率为37GHz和辐射能量48mJ。辐射波模为TE_(11)圆波模。     

普通激光笔的辐射对人的眼睛有害吗?

为了吸引听众的注意力,许多人在演讲时使用激光笔来强调屏幕上的内容信息;小功率的普通激光笔在教学和工作中应用越来越广泛.激光具有高强度、方向性好的特点;本文应用电磁辐射压强分析了激光笔的辐射对人的眼睛是否有害.计算结果表明,即使是功率为3m W的激光笔,它的辐射对人眼产生的压强甚至超过直视太阳光时对人眼产生的压强;直视激光笔对人的眼睛可造成伤害.     

有线性摆动器和轴向引导磁场的自由电子激光器的自发辐射及受激喇曼辐射

本文研究的自由电子激光器具有线性摆动器及轴向引导磁场.强流相对论冷电子束通过位在这些磁场中的平行平板波导。我们计算了它的自发辐射和受激喇曼辐射,给出了单位频率单位立体角的自发辐射功率和在电子静止坐标中的横电波(TE模)的受激喇曼辐射的色散关系和增益公式。     

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。     

自由电子激光器

1984年,美国 Lawrence Livermore国家实验室完成了一项在长波区获得高增益的自由电子激光实验.该实验室用3MeV的电子束去放大一束9mm的微波辐射,获得了35dB的增益,100 MW的饱和功率输出.这是自 1976年首次自由电子激光实验成功以来所取得的最令人鼓舞的成果,成为1984年物理学进展重要新闻之一。 一、为什么自由电子激光器受到各 国科学家们的极大关注? 1985年6月 21日至25日在美国召开的庆祝激光问世二十五周年《激光和光电子学学术报告会》上,五位在激光研究中作出重大贡献的诺贝尔奖获得者就激光的历史作用和发展前景作了专题报告,他们…     

放大器型自由电子激光饱和功率的定标定律

用量纲分析和数值计算相结合的方法,给出常参数放大器型毫米波自由电子激光基模辐射的饱和功率和饱和长度的一套定标定律。     

自由电子激光器中电子与波的相互作用及其增益分析

分析了自由电子激光器中电子与波的相互作用过程，导出了相应的增益表达式。结果表明，它不仅能很好地反映自由电子激光器中相干辐射，而且表明了具有激光输出饱和特性。分析结果更加符合实验情况。 关键词：     

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。     

远红外自由电子激光太赫兹光源研究

基于射频电子直线加速器的可调谐相干太赫兹(THZ)光源实现了出光，该光源为远红外自由电子激光，具有辐射波长可设计并可以实现大范围调谐特性．利用光栅谱仪测量了受激辐射谱，中心波长为115μm，谱宽约为1％．     

射频远红外波导自由电子激光器的新特性

 提出了用波导本征模展开的方法计算射频调制的短脉冲电子束在矩形波导中的自发辐射。模展开系数决定了辐射进入TE_0n模的功率。将短脉冲理想化为时间上的d函数,可以发现当辐射频率正好等于用来调制电子束的射频的整数倍时,辐射模式表现为“纯”的波导本征模,此时辐射功率最强。用此方法估算了设计中的上海远红外波导自由电子激光器的辐射功率。     

超强自由电子激光器

德国汉堡ＤＥＳＹ (ＤｅｕｔｓｃｈｅｓＥｌｅｋｔｒｏｎｅｎ -Ｓｙｃｈｒｏ ｔｒｏｎ)研究中心的科学家们获得了一种比任何其他激光都要强得多的紫外激光 .该结果证实了“自由电子激光可以将光放大数千万倍”的预言 .由于这种紫外光所具有的特殊性质 ,它是目前一种最强大的研究工具 ,这也意味着朝超强Ｘ射线激光迈出了重要的一步 .超强Ｘ射线激光在物理、化学、生物和医学中都有着广泛的应用前景 ,这对于材料微区结构、微区化学组分与微区物性间的关系的研究 ,也是一大福音 .传统的激光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…