自由電子激光器（自由電子激光器你了解多少？）的工作原理可簡(jiǎn)述如下。由加速器產(chǎn)生的高能電子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁鐵注入到極性交替變換的扭擺磁鐵中。電子因做扭擺運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電磁輻射（光脈沖），光脈沖經(jīng)下游及上游兩反射鏡反射而與以后的電子束團(tuán)反復(fù)發(fā)生作用。結(jié)果是電子沿運(yùn)動(dòng)方向群聚成尺寸小于光波波長(zhǎng)的微小的束團(tuán)。這些微束團(tuán)將它們的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為光場(chǎng)的能量，使光場(chǎng)振幅增大。這個(gè)過(guò)程重復(fù)多次，直到光強(qiáng)達(dá)到飽和。作用后的電子則經(jīng)下游的偏轉(zhuǎn)磁鐵偏轉(zhuǎn)到系統(tǒng)之外。以上是FEL產(chǎn)生過(guò)程的比較形象的描述。從物理學(xué)角度看，這個(gè)過(guò)程就是電子對(duì)輻射的受激康普頓散射的結(jié)果。這里一個(gè)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是電子要聚集成許多短于光波波長(zhǎng)的束團(tuán)。因?yàn)椋挥羞@樣它的輻射才是相干的，而FEL的技術(shù)難度，恰恰也正在于此。電子束性能必須十分優(yōu)越（能量分散小，方向分散小，時(shí)間穩(wěn)定度高……），同時(shí)流強(qiáng)盡可能大，才能達(dá)到要求，顯然，F(xiàn)EL工作波長(zhǎng)愈短，技術(shù)難度也就愈大。

通過(guò)穩(wěn)定的電子束來(lái)泵浦（高功率的光纖激光器及其包層泵浦技術(shù)），配置電子貯存環(huán)讓電子束再加速并再循環(huán)使用，用靜電方法或逆向運(yùn)轉(zhuǎn)的射頻線性加速器使電子減速以充分利用出射電子束的剩余能量，使用上述任何一種方法都可以進(jìn)一步增大總體效率。自由電子激光器輸出的激光波長(zhǎng)\lambda _s與電子的能量E有關(guān)：\lambda _s \sim 1/E^2，故改變電子束的加速電壓就可以改變激光波長(zhǎng)，這叫做電壓調(diào)諧，其調(diào)諧范圍很寬，原則上可以在任意波長(zhǎng)上運(yùn)轉(zhuǎn)。在現(xiàn)有的電子槍和加速器的實(shí)驗(yàn)條件下，可以獲得從毫米波到1000Å的光頻波段范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)諧的相干輻射。自由電子激光器的輸出功率與電子束的能量、電流密度以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B_0有關(guān)，它可望成為一種高平均功率、高效率（理論極限達(dá)40%）、高分辨率的具有穩(wěn)定功率和頻率輸出的激光器件，采用它能夠避免某些工藝上的麻煩（如激光工作物質(zhì)稀缺、有毒或腐蝕金屬、玻璃），另外，它基本上不存在使用壽命問(wèn)題。

自由電子激光器在短波長(zhǎng)、大功率、高效率和波長(zhǎng)可調(diào)節(jié)這四大主攻方向上，為激光學(xué)科的研究開(kāi)辟了一條新途徑，它可望用于對(duì)凝聚態(tài)物理學(xué)、材料特征、激光武器、激光反導(dǎo)彈、雷達(dá)、激光聚變、等離子體診斷、表面特性、非線性以及瞬態(tài)現(xiàn)象的研究，在通訊、激光推進(jìn)器、光譜學(xué)、激光分子化學(xué)、光化學(xué)、同位素分離、遙感等領(lǐng)域，它應(yīng)用的前景也很可觀。

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