自由電子激光原理

作者：東譜科技瀏覽：發表時間：2019-07-18 09:00:00 來源：光電資訊

自由電子激光是利用自由電子為工作媒質產生的強相幹輻射，它的產生機理不同於原子內束縛電子的受激輻射。由於它的工作介質是自由電子，因此稱為自由電子激光。

這種激光的特點是激光波長和脈衝結構可以根據需要進行設計，並且能夠在大範圍內連續調節，有著重要的應用前景。

自由電子激光的物理原理是利用通過周期性擺動磁場的高速電子束和光輻射場之間的相互作用，使電子的動能傳遞給光輻射而使其輻射強度增大。利用這一基本思想而設計的激光器稱為自由電子激光器（簡稱FEL）。

如圖所示，一組扭擺磁鐵可以沿z軸方向產生周期性變化的磁場．磁場的方向沿y軸。由加速器提供的高速電子束經偏轉磁鐵D導入擺動磁場。

由於磁場的作用．電子的軌跡將發生偏轉而沿著正弦曲線運動，其運動周期與擺動磁場的相同。

這些電子在xOz面內搖擺前進，沿x方向有一加速度，因而將在前進的方向上輻射出電磁波。輻射的方向在以電子運動方向為中心的一個角度範圍內。

由此可見，自由電子激光器的工作原理完全基於經典物理學，不同於傳統激光器（如紅寶石激光器）依賴於原子的受激吸收與受激輻射這一量子現象。在經典物理學中，能量是連續的，而不是離散（量子化）的。從而，自由電子激光器可以實現輻射頻率的大範圍連續調節。

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