閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
電子加工新聞

無激光器的自由電子激光器的悖論

星之球科技 來源:Ringier2021-07-30 我要評論(0 )   

日前,蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì),已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了在紫外光譜區(qū)產(chǎn)生相干光,該方法為開發(fā)臺式X射線源指明了方向。為此,研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們開發(fā)了一種超短...

日前,蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì),已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了在紫外光譜區(qū)產(chǎn)生相干光,該方法為開發(fā)臺式X射線源指明了方向。為此,研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們開發(fā)了一種超短波長相干光源,并且無需激光產(chǎn)生相干性。


相干光源是強(qiáng)大的工具,在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域都有研究應(yīng)用。常見的電子束光源被稱為第四代光源,是基于自由電子激光器(FEL)而生成,并使用短波蕩器將電子束能量轉(zhuǎn)換為X射線。


該研究團(tuán)隊(duì)表示,這種產(chǎn)生相干輻射的新方法可以徹底改變光源的生成。通過新方法可以使光束高度緊湊,基本上是臺式機(jī)的尺寸大小,并且可以產(chǎn)生超短持續(xù)時(shí)間的激光脈沖,比現(xiàn)在的任何方式都要短得多。而更廣泛地使用紫外線和X射線相干光源將改變開展科學(xué)工作的方式。


團(tuán)隊(duì)成員正計(jì)劃在紫外光譜范圍內(nèi)進(jìn)行原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),以論證產(chǎn)生相干光源的可行性。如果成功,它將會顯著加速更短波長相干光源的開發(fā)。該小組已經(jīng)建立了一個(gè)設(shè)施來研究這些光源類型,并得到蘇格蘭等離子體加速器應(yīng)用中心的支持,那里擁有英國最高功率的激光器。目前,研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在Scientific Reports上發(fā)表了成果。


1627528201828752.jpg

■來源:scitechdaily


作為研究項(xiàng)目的牽頭人,Dino Jaroszynski博士表示:“我們提出了一種產(chǎn)生短波長相干輻射的新方法即使用短波蕩器和阿秒(10-18秒)持續(xù)時(shí)間電子束,并顯著提高了同步加速器源的最新技術(shù)水平?!?/p>


他接著談到,與自由電子激光器相比,這種方法產(chǎn)生的光束更緊湊,對電子束質(zhì)量的要求也更低,并且可以提供光源的模式轉(zhuǎn)變,這將激發(fā)新的研究方向。該方法通過在波蕩器內(nèi)使用束壓縮的方式(類似啁啾脈沖放大激光器),以顯著提高輻射亮度。


自由電子激光器和其他激光器一樣,光束強(qiáng)度的放大是通過一種反饋機(jī)制,該機(jī)制鎖定單個(gè)輻射器的相位,接著就產(chǎn)生了“自由”電子。在自由電子激光器中,高能電子束是通過波蕩器實(shí)現(xiàn)的,而波蕩器是一組交替極性的磁鐵。


當(dāng)電子通過波蕩器進(jìn)行擺動時(shí),電子發(fā)出的光會產(chǎn)生一種稱為“質(zhì)動力”的力,該力將電子聚集在一起并實(shí)現(xiàn)加速和減速的功能。如果電子是均勻分布的,則穿過波蕩器的電子會輻射出非相干光。對于每個(gè)發(fā)光的電子,都有另一個(gè)電子會部分抵消光。


對于自由電子激光器,電子聚集會導(dǎo)致光的放大和相干性的增加,但通常需要很長時(shí)間,因此就需要很長的波蕩器。在X射線自由電子激光器,波蕩器的長度可以超過100米。驅(qū)動X射線自由電子激光器的加速器可達(dá)數(shù)公里,這樣就使得這些設(shè)備非常昂貴,體積也無比龐大。


然而,使用自由電子激光器產(chǎn)生相干輻射并不是唯一的方法?!邦A(yù)聚”光束或超短電子束同樣可以在長度不到1米的短波蕩器中實(shí)現(xiàn)完全相同的相干性。只要電子束比波蕩器產(chǎn)生光的波長短,就會自動產(chǎn)生相干光——所有的光波都會相加或干涉,從而產(chǎn)生相同性質(zhì)且高亮的光。


研究團(tuán)隊(duì)在理論層面已經(jīng)驗(yàn)證了,通過激光等離子體尾場加速器可以實(shí)現(xiàn)上述結(jié)果,該加速器可以產(chǎn)生長度為幾十納米的電子束。如果這些超短的高能電子束通過一個(gè)短波蕩器,就能產(chǎn)生出與昂貴的自由電子激光器一樣多的電子。


此外研究團(tuán)隊(duì)還表明,通過產(chǎn)生具有能量“啁啾”的電子束,他們可以在波蕩器內(nèi)將電子束產(chǎn)生壓縮到非常短的持續(xù)時(shí)間,這為獲得更短電子束提供一種全新的途徑,從而可以生成更短波長的激光。


轉(zhuǎn)載請注明出處。

制造業(yè)激光激光技術(shù)激光器
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請及時(shí)向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評
0相關(guān)評論
精彩導(dǎo)讀