自由電子激光器是一種利用自由電子的受激輻射，把相對(duì)論電子束的能量轉(zhuǎn)換成相干輻射的激光器件。自由電子受激輻射的設(shè)想曾于1951年由Motz提出，并在1953年進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)，因受當(dāng)時(shí)條件的限制，未能得到證實(shí)。1974年斯坦福大學(xué)的Madey等人重新提出了恒定橫向周期磁場(chǎng)中的場(chǎng)致受激輻射理論，并首次在毫米波段實(shí)現(xiàn)了受激輻射；1976年Madey小組第一次實(shí)現(xiàn)了激光放大，1977年4月斯坦福大學(xué)Deacon等人才研制成第一臺(tái)自由電子激光振蕩器。它由一根抽成真空的長(zhǎng)5.2米的銅管組成，外面繞有超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)，以便在整個(gè)管上產(chǎn)生一個(gè)周期為3.2厘米的變化的橫向靜磁場(chǎng)，軸上磁感應(yīng)強(qiáng)度B_0為0.24特斯拉。銅管兩端裝有反射鏡組成諧振腔，腔長(zhǎng)12.7米，輸出鏡面的反射率為1.5%，能散度小于3\times10^{-3}的43.5兆電子伏的電子束由超導(dǎo)加速器產(chǎn)生。看一下納米激光器的技術(shù)進(jìn)展

自由電子激光的物理原理是利用通過(guò)周期性擺動(dòng)磁場(chǎng)的高速電子束和光輻射場(chǎng)之間的相互作用，使電子的動(dòng)能傳遞給光輻射而使其輻射強(qiáng)度增大。利用這一基本思想而設(shè)計(jì)的激光器稱(chēng)為自由電子激光器(簡(jiǎn)稱(chēng)FEL)。一組扭擺磁鐵可以沿z軸方向產(chǎn)生周期性變化的磁場(chǎng)．磁場(chǎng)的方向沿Y軸。由加速器提供的高速電子束經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁鐵D導(dǎo)入擺動(dòng)磁場(chǎng)。由于磁場(chǎng)的作用．電子的軌跡將發(fā)生偏轉(zhuǎn)而沿著正弦曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)周期與擺動(dòng)磁場(chǎng)的相同。這些電子在XOZ面內(nèi)搖擺前進(jìn)．沿x方向有一加速度．因而將在前進(jìn)的方向上自發(fā)地發(fā)射電磁波。輻射的方向在以電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹行牡囊粋€(gè)角度范圍內(nèi)。

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