Vapaaelektronilaser
Vapaiden elektronien laser eli FEL on laser, joka tuottaa erittäin kirkkaan valonsäteen. Se on periaatteessa supertaskulamppu. Sillä on samat optiset ominaisuudet kuin tavanomaisilla lasereilla, kuten se, että se säteilee koherentista sähkömagneettisesta säteilystä koostuvaa sädettä, jolla voidaan saavuttaa suuri teho. FEL käyttää säteen muodostamiseen toimintaperiaatteita, jotka poikkeavat hyvin paljon tavanomaisen laserin toimintaperiaatteista. Toisin kuin kaasu-, neste- tai kiinteän olomuodon lasereissa, kuten diodilasereissa, joissa elektronit virittyvät atomeihin sitoutuneina, FEL-lasereissa käytetään laseroivana väliaineena relativistista elektronisuihkua, joka liikkuu vapaasti magneettisen rakenteen läpi, mistä termi vapaa elektroni johtuu. Vapaan elektronin laserilla on kaikista lasertyypeistä laajin taajuusalue, ja ne voidaan virittää laajasti, ja niiden aallonpituus vaihtelee nykyisin mikroaalloista terahertsisäteilyn ja infrapunan kautta näkyvään spektriin, ultraviolettisäteilyyn ja röntgensäteilyyn.
Vapaaelektronilaserit keksi John Madey vuonna 1976 Stanfordin yliopistossa. Työ perustuu Hans Motzin ja hänen työtovereidensa tekemään tutkimukseen. He tekivät Stanfordissa vuonna 1953 ensimmäisen undulaattorin, jossa käytettiin vapaan elektronin laserin ytimessä olevaa wiggler-magneettista konfiguraatiota. Madey käytti 24 MeV:n elektronisuihkua ja 5 metrin pituista wiggleriä signaalin vahvistamiseen. Pian sen jälkeen muut kiihdyttimiä käyttävät laboratoriot alkoivat kehittää tällaisia lasereita.
Vapaaelektronilaserit käyttävät toimiessaan paljon sähköä. Vähentääkseen niiden toimintaan tarvittavaa energiaa tutkijat käyttävät energian talteenottoon tarkoitettua lineaarikiihdytintä kierrättääkseen laserin aktivoivan suurienergisen elektronisuihkun.
Vapaaelektronilaser FELIX FOM:ssa (Nieuwegein)
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on vapaan elektronin laser?
V: Vapaaelektronilaser eli FEL on laser, joka tuottaa erittäin kirkkaan valonsäteen. Sillä on samat optiset ominaisuudet kuin tavanomaisilla lasereilla, kuten se, että se lähettää koherentista sähkömagneettisesta säteilystä koostuvan säteen, jolla voidaan saavuttaa suuri teho. Toisin kuin kaasu-, neste- tai kiinteän olomuodon lasereissa, kuten diodilasereissa, joissa elektronit virittyvät atomeihin sitoutuneina, FEL-lasereissa käytetään laseroivana väliaineena relativistista elektronisuihkua, joka liikkuu vapaasti magneettisen rakenteen läpi.
Kysymys: Minkä taajuusalueen vapaiden elektronien laser kattaa?
V: Vapaaelektronilaserilla on kaikista lasertyypeistä laajin taajuusalue, ja sitä voidaan virittää laajasti. Sen aallonpituus vaihtelee tällä hetkellä mikroaalloista terahertsisäteilyn ja infrapunasäteilyn kautta näkyvään spektriin, ultraviolettiin ja röntgensäteilyyn.
K: Kuka keksi vapaan elektronin laserin?
V: Vapaaelektronilaserit keksi John Madey vuonna 1976 Stanfordin yliopistossa.
K: Mitä käytettiin signaalien vahvistamiseen varhaisissa FEL-kokeissa?
V: John Madey käytti varhaisissa FEL-kokeissa signaalien vahvistamiseen 24 MeV:n elektronisuihkua ja 5 metrin pituista wiggleriä.
K: Kuka kehitti varhaisemman version siitä, mistä tuli FEL?
V: Hans Motz ja hänen työtoverinsa kehittivät Stanfordissa vuonna 1953 varhaisemman version siitä, mistä tuli FEL, käyttäen vapaan elektronin laserin ytimessä olevaa magneettista wiggler-kokoonpanoa.
K: Kuinka paljon sähköä FEL:t kuluttavat toimiessaan?
V: Vapaaelektronilaserit käyttävät toimiessaan paljon sähköä.
K: Miten tutkijat voivat vähentää toimintaan tarvittavaa energiaa?
V: Toimintaan tarvittavan energian vähentämiseksi tutkijat käyttävät energian talteenottoon tarkoitettua lineaarikiihdytintä kierrättääkseen lasereita aktivoivan suurienergisen elektronisuihkun.
