自由电子激光器

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1、自由电子激光器FreeElectronLaser(FEL)历史自由电子激光器一种利用自由电子的受激辐射，把相对论电子束的能量转换成相干辐射的激光器件。自由电子受激辐射的设想曾于1951年由Motz提出，并在1953年进行过实验，因受当时条件的限制，未能得到证实。1974年斯坦福大学的Madey等人重新提出了恒定横向周期磁场中的场致受激辐射理论，并首次在毫米波段实现了受激辐射；1976年Madey小组第一次实现了激光放大，1977年4月斯坦福大学Deacon等人才研制成第一台自由电子激光振荡器。第一个自由电子激光的参数平均功率1

2、270瓦波长范围3–6.2微米微脉冲能量高到70微焦耳脉冲长度0.5–1.7皮秒脉冲重复频率可选设置74.85,37.425,18.7MHz带宽0.3-2%振幅<10%p-p极化>6000:1横向模式<2x衍射限实验室的束流直径1.5-3.5cm演变在2004年，托马斯·杰弗逊国家加速器实验室就创下了输出功率达10千瓦的记录，当时激光光波的波长为6微米。实验室首席技术官兼自由电子激光器部门助理主任佛芮德·戴尔拉表示，要获得波长更短且功率更高的激光，还需要更大的努力。这次取得的成果的确是了不起的成就。他还认为，该波长的激光有助于

3、海军进行穿透海洋大气的光信号传输和在材料科学方面的应用。2006年10月31日，美国能源部托马斯·杰弗逊国家加速器实验室的科学家宣布，他们创造了自由电子激光器输出功率14.2千瓦的最高记录，激光波长达1.61微米，属于红外线范围。此激光器具有十分广泛的应用范围，既可用于军事（如舰载反导弹防务）和制造技术，也能用于支持化学、物理、生物和医学研究。2007年10月5日，德国电子同步加速器（DESY）研究中心的自由电子激光器装置（FreeElectronLaserinHamburg，FLASH）打破了其作为最短波长自由电子激光（FE

4、L）脉冲源的记录，将其波长缩短到了6.5nm，该波长仅是此前波长的一半。FLASH装置以万亿电子伏能量超导线性加速器（TESLA）为基础，一直是超快FEL脉冲的首选光源。TESLA是由12个国家、55家研究机构于1991年开始的协作项目，其目的是开发基于超导腔技术的低成本加速器光源，而超导腔与过去昂贵的铜腔则完全不同。正负电子对撞机的成功，使TESLA试验设备很快被认为是一种可用的新光源。研究人员计划对加速器进行升级，并增加一些带有交互磁场的波荡腔来操控电子束的群速度，这样就形成了激光脉冲，进而一台紫外超快激光器就诞生了。该装

5、置在2000年首次发射出波长为100nm的激光，并且研究人员将其重新命名为FLASH，之后FLASH装置便如规则脉冲一样不断创造出新的纪录。应用自由电子激光器在短波长、大功率、高效率和波长可调节这四大主攻方向上，为激光学科的研究开辟了一条新途径，它可望用于对凝聚态物理学、材料特征、激光武器、激光反导弹、雷达、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、非线性以及瞬态现象的研究，在通讯、激光推进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位素分离、遥感等领域，它应用的前景也很可观。高能自由电子激光器武器使用想象图自由电子激光器是美国海军定向能武器

6、的核心部件国防承包商波音公司2007年得到了五角大楼一笔总额高达1.63亿美元的订单，波音公司将开发用于定向能武器系统的自由电子激光（FEL）技术。这个项目第一年的内容是写出一个初步的设计概要，波音将得到690万美元的资助。如果这一步成功，接下来将开发一个100kW的实验室演示系统，然后是海洋环境中的实地测试。前沿工作Thefree-electronlaser(FEL)isatunablecoherentradiationsourcefromTHztoxraywithfemtosecondtime-resolutioncapa

7、bility.Progresswasmaderecentlyinmarchingtowardthexrayinaself-amplifiedspontaneousemission(SASE)FELthatsuccessfullylasedfromsoftxraydownto1.5A°,alaser-seededFELamplifier,andhighgainharmonicgeneration(HGHG)FELinthedeepultraviolet(DUV).Inthemeantime,thereisagrowingeffo

8、rttofurtherimprovetheshortwavelengthFELperformance,andataperedundulatorisonetechniqueproposedtoimprovetheSASEFELefficiencyandspectralquali