激光技术的新里程碑：自由电子激光器
发布日期：2023-12-25浏览次数：30
自由电子激光器
自由电子激光器（FELs）产生的极强光脉冲是研究中的通用工具。特别是在X射线范围内，它们可以用于分析各种材料的原子结构细节，并高精度地跟踪基本的超快过程。
到目前为止，FEL（如德国的欧洲XFEL）是以传统的电子加速器为基础的，这使得它们长而昂贵。由法国Synchrotron SOLEIL和德国HZDR组成的国际团队，现在已经在一个低成本的替代解决方案中取得了突破：他们能够在紫外体系中演示基于激光-等离子体加速的种子FEL发光。X射线自由电子激光器是世界上最强大，也是最复杂的研究机器之一。其原理是：借助强大的射频波，加速器使电子接近光速。然后，这些捆成束的粒子穿过“起伏器”——一种具有周期性交变磁场的磁铁排列，迫使电子束进入回旋路径。这使得电子束重组成许多更小的电子群-微型电子束，它们一起发射出极强的类似激光的光脉冲。然后，这些光脉冲可以用来破译以前未知的材料特性，或追踪极快的过程，例如发生在千万亿分之一秒内的化学反应。然而，耗资数十亿美元的欧洲XFEL和其他类似基础设施有一个缺点：它们有几百米甚至几公里长。正在研究的一种替代技术，可使此类设施更小、更具成本效益。其基础是一项仍在开发中的新加速器技术——激光-等离子体加速。HZDR物理学家解释道：“使用高功率激光，我们向等离子体发射短而超强的光，等离子体是由带负电的电子和带正电的离子组成的电离气体。在等离子体中，光脉冲会产生强烈的交变电场波，类似于船的尾流。”这种波可以在很短的距离内将电子快速加速到更高的速度。原则上，这可以将现在长达一百米的的加速器缩小到远小于一米的长度。
