自由电子激光器的工作原理
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发布时间:2022-05-26 20:59
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时间:2023-11-01 06:20
自由电子激光的物理原理是利用通过周期性摆动磁场的高速电子束和光辐射场之间的相互作用,使电子的动能传递给光辐射而使其辐射强度增大。利用这一基本思想而设计的激光器称为自由电子激光器(简称FEL)。如图1所示,一组扭摆磁铁可以沿z轴方向产生周期性变化的磁场.磁场的方向沿Y轴。由加速器提供的高速电子束经偏转磁铁D导入摆动磁场。由于磁场的作用.电子的轨迹将发生偏转而沿着正弦曲线运动,其运动周期与摆动磁场的相同。这些电子在XOZ面内摇摆前进.沿x方向有一加速度.因而将在前进的方向上自发地发射电磁波。辐射的方向在以电子运动方向为中心的一个角度范围内。
它的工作原理可简述如下。由加速器产生的高能电子经偏转磁铁注入到极*替变换的扭摆磁铁中。电子因做扭摆运动而产生电磁辐射(光脉冲),光脉冲经下游及上游两反射镜反射而与以后的电子束团反复发生作用。结果是电子沿运动方向群聚成尺寸小于光波波长的微小的束团。这些微束团将它们的动能转换为光场的能量,使光场振幅增大。这个过程重复多次,直到光强达到饱和。作用后的电子则经下游的偏转磁铁偏转到系统之外。以上是FEL产生过程的比较形象的描述。从物理学角度看,这个过程就是电子对辐射的受激康普顿散射的结果。这里一个最为关键的环节是电子要聚集成许多短于光波波长的束团。因为,只有这样它的辐射才是相干的,而FEL的技术难度,恰恰也正在于此。电子束性能必须十分优越(能量分散小,方向分散小,时间稳定度高……),同时流强尽可能大,才能达到要求,显然,FEL工作波长愈短,技术难度也就愈大。
通过稳定的电子束来泵浦,配置电子贮存环让电子束再加速并再循环使用,用静电方法或逆向运转的射频线性加速器使电子减速以充分利用出射电子束的剩余能量,使用上述任何一种方法都可以进一步增大总体效率。自由电子激光器输出的激光波长\lambda _s与电子的能量E有关:\lambda _s \sim 1/E^2,故改变电子束的加速电压就可以改变激光波长,这叫做电压调谐,其调谐范围很宽,原则上可以在任意波长上运转。在现有的电子*和加速器的实验条件下,可以获得从毫米波到1000Å的光频波段范围内的连续调谐的相干辐射。自由电子激光器的输出功率与电子束的能量、电流密度以及磁感应强度B_0有关,它可望成为一种高平均功率、高效率(理论极限达40%)、高分辨率的具有稳定功率和频率输出的激光器件,采用它能够避免某些工艺上的麻烦(如激光工作物质稀缺、有毒或腐蚀金属、玻璃),另外,它基本上不存在使用寿命问题。
自由电子激光器工作原理
自由电子激光器的工作原理基于高速电子与光辐射场之间的相互作用。首先,从加速器输出的高能电子被偏转磁铁引导进入一个周期性摆动的磁场,磁场沿Y轴方向变化,使得电子沿正弦曲线轨迹运动,产生电磁辐射。这个过程中,电子的动能转化为光辐射的能量,形成光脉冲,通过反射镜与后续电子束交互作用,电子聚集成短...
工业级激光测距仪哪家好
优利德UNI-T、大有工具DEVON、德力西电气、得力工具、胜利仪器VICTOR等都是不错的工业级激光测距仪品牌,可以根据自身需求,综合考虑品牌知名度、产品质量、价格等多个因素来选择。以下是其中几个品牌的介绍供参考:1. 优利德UNI-T:自主研发激光测距仪,具有高精度、高可靠性、高性价比等优点,在测量领域有较高的声誉。2. 大有工具DEVON:产品线丰富,包括手持激光测距仪、激光扫描仪、激光水平仪等多种类型,适用于不同场景和需求。3. 德力西电气:在电气领域有较高的知名度和影响力,其激光测距仪产品性能稳定可靠,适用于工业生产和实验室等领…工业级激光测距仪咨询北京微厘光电技术有限公司,公司开发的激光测量传感器获得业界广泛认可。旗下目前有“激光多普勒测速测长系统”和“工业级激光测距仪”两种产品。公司产品广泛应用于工业自动化控制中,可以优化生产线过程控制,提高产品质...
自由电子激光的原理
自由电子激光的物理原理是利用通过周期性摆动磁场的高速电子束和光辐射场之间的相互作用,使电子的动能传递给光辐射而使其辐射强度增大。利用这一基本思想而设计的激光器称为自由电子激光器(简称FEL)。如图1所示,一组扭摆磁铁可以沿z轴方向产生周期性变化的磁场.磁场的方向沿Y轴。由加速器提供的高速电子...
什么是自由电子激光?
自由电子激光的产生原理基于电子在强磁场中的加速和振荡,通过控制电子运动和磁场强度,可以精确调节激光的特性,如波长、功率和脉冲宽度。这一技术的发展推动了激光科技的进步,使得自由电子激光成为科学研究和工业应用的重要工具,展示了电子在自由空间中运动的奇妙现象。
自由电子激光器的简介
自由电子激光器是利用相对论电子束通过周期磁场将电子束的动能转换为辐射能。自由电子激光器是七十年代中期以来发展起来的一类新型激光器。它将电子束动能转变成激光辐射, 代表了一种全新的产生相干辐射的概念。自由电子激光器一般由电子加速器、摆动器和光学系统几个部分构成。加速器产生的高能电子束, 通过...
自由电子激光器的工作机制有哪些与众不同?
自由电子激光器的工作机制与众不同,它是从加速器中获得几千万电子伏特的高能调整电子束,这些调整电子经过周期性磁场,形成不同能态的能级,然后在它们之间实现粒子数反转并产生受激辐射。自由电子不受原子核的束缚,这样,自由电子的运动就比较自由,它的能级结构与束缚电子的固定能级结构相比,自由而不受...
自由电子激光器简介
自由电子激光器是一种高科技的激光器件,它将相对论电子束的能量转化为高度相干的辐射。这一创新概念源于1951年Motz的设想,尽管在1953年的实验中尝试过,但由于当时的条件限制,未能得到确证。然而,这一理论在1974年由斯坦福大学的Madey等人重新提出并发展,他们在恒定横向周期磁场中探讨了场致受激辐射,...
自由电子激光器的介绍
虽然传统的激光器具有极好的单色性和相干性, 但它的低功率、低效率、固定频率和光束质量差的弱点, 使它大大逊色于自由电子激光器.自由电子激光器不需要气体、液体或固体作为工作物质, 而是将高能电子束的动能直接转换成相干辐射能.因此, 也可以认为自由电子激光器的工作物质就是自由电子。
自由电子激光器是激光器吗?
用作波发生器(波纹机)翁自由电子激光器是具有可变极性磁场的直线型装置,以致于电子束绘出正弦形的轨迹。这样的电子束能够看成是振动着的偶极子,因此,沿运动方向发射出电磁波,而且它的能量越高,则波长越短。由此可以认为,按爱因新坦相对论,对自由电子而言,电子束方向上磁场周期缩短。
最先进的激光器是什么呀?自由电子激光器是怎么一回事?
自由电子激光器的输出功率与电子束的能量、电流密度以及磁感应强度B_0有关,它可望成为一种高平均功率、高效率(理论极限达40%)、高分辨率的具有稳定功率和频率输出的激光器件,采用它能够避免某些工艺上的麻烦(如激光工作物质稀缺、有毒或腐蚀金属、玻璃),另外,它基本上不存在使用寿命问题。 [编辑...
自由电子激光器的“自由”从何说起?
自由电子不受原子核的束缚,这样,自由电子的运动就比较自由,它的能级结构与束缚电子的固定能级结构相比,自由而不受限制。