Лазер на свободных электронах

Родственными эл.-вакуумным приборам СВЧ являются лазеры на свободных электронах, в К-рых активной средой служит релятивистский электронный поток. [c.434]

Мы изучим следующие типы лазеров 1) твердотельные лазеры (на кристаллах или стеклах), 2) газовые лазеры, 3) лазеры на красителях, 4) химические лазеры, 5) полупроводниковые лазеры, 6) лазеры на центрах окраски, 7) лазеры на свободных электронах и 8) рентгеновские лазеры, [c.331]

Лазер на свободных электронах [38] [c.428]

Рис. 6.54, Принципиальная конструкция лазера на свободных электронах (с любезного разрешения Льюиса Элиаса, Калифорнийский университет, Квантовый институт в Санта-Барбаре).

Лазеры на жидкостях подразделяются прежде всего на две большие группы на растворах неорганических соединений (содержащих редкоземельные элементы) и органических красителей. При подразделении лазеров на группы по агрегатному состоянию активного вещества в особую группу должны быть выделены лазеры на свободных электронах . Характерной особенностью таких лазеров является взаимодействие электронных и световых потоков. [c.16]

ЛАЗЕР НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ [c.43]

Совершенно особый класс составляют лазеры на свободных электронах. [c.63]

Активной средой лазеров на свободных электронах является поток свободных электронов, колеблющихся под действием электрического и/или магнитного полей. Благодаря эффекту Доплера частота излучения электронов во много раз превышает частоту колебаний поля. Возможно также использование эффекта тормозного излучения вращающихся с циклотронной частотой электронов. Достоинство таких лазеров - в возможности плавной перестройки частоты. Поскольку лазеры этого типа связаны с ускорителями, то они применяются в основном в научных исследованиях. [c.515]

Движение в быстро осциллирующем поле. Маятник Капицы. Лазеры на свободных электронах [c.234]

Лазер на свободных электронах 237 Лампа бегущей волны 86, 155, 157, 283 [c.558]

В отличие от обычных лазеров лазеры на свободных электронах , реализуемые с помощью электронных пучков, представляют собой систему с инверсной населенностью уровней. [c.162]

О. находят широкое применение. Они могут служить источниками излучения, использоваться для усиления эл.-магн. волн (см. Лазеры на свободных электронах) и ускорения ч-ц эл.-магн. волной О. применяются в масс-спектрометрах для разделения изотопов, в системах ввода ионов в магн. ловушки, для сепарации пучка ч-ц, для создания угл. разброса ч-ц пучка, создания сгруппированных пучков. С помощью О. можно осуществлять оптич. индикацию пучков электронных и протонных синхротронов и накопителей и управлять их параметрами. [c.487]

ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ (ЛСЭ) — генераторы эл.-магн. колебаний, в к-рых активной средой является поток электронов, колеблющихся под действием внеш. электрич. и (или) магн. поля и перемещающихся с релятивистской поступат. скоростью рц в направлении распространения излучаемой волны. Благодаря Доплера эффекту частота излучения электронов в ЛСЭ во много раз превышает частоту колебаний электронов Й [c.564]

Частицы в ондуляторе можно использовать в качестве активной среды ла.зеров. В источниках спонтанного когерентного О. и. плотность излучающих частиц — осн. параметр активной среды — в общем случае про-модулирована в пространстве координат и илщульсов, поэтому такие источники ваз. также параметрич. лазерами на свободных электронах (ЛСЭ). Фазы эл.-магн. волн, испускаемых частицами пучка в источниках спонтанного когерентного О. и., скоррелированы между собой, а интенсивность поэтому их назы- [c.408]

Говоря о проблеме перестройки частоты технологических лазеров для селективной технологии, необходимо остановиться на еще одной, уникальной по своим свойствам лазерной системе — лазере на свободных электронах. В этих лазерах когерентное излучение возникает при прохождении пучка быстрых электронов через онду-лятор — систему с постоянным во времени и периодически изменяющимся в пространстве магнитным полем. В отличие от всех остальных лазеров, являющихся принципиально квантовыми системами, лазер на свободных электронах допускает классическое рассмотрение и, как следствие, принципиальную возможность непрерывности спектра возможных частот генерации. Длина волны излучения лазера на свободных электронах определяется характерным размером, на котором происходит изменение магнитного поля ондулятора Л( соЛ), и энергией электронов U k со U ) и при параметрах существующих сегодня электронных ускорителей соответствует ИК- и видимому диапазону спектра. Это обстоятельство, а также принципиальная возможность получения мощных электронных пучков делают лазер на сво дных электронах весьма привлекательным инструментом для проведения технологических процессов, требующих одновременно селективности и высокой интенсивности излучения. [c.184]

В предыдущих разделах принципы работы лазеров обсуждались в следующей последовательности вначале рассматривались системы, в которых электроны находятся в связанном состоянии в отдельном атоме или молекуле, затем случаи, когда электрон свободно движется вдоль цепочки атомов в молекуле с сопряженной двойной связью (лазеры на красителях), и наконец, случай, когда электрон свободно движется во всем объеме кристалла (полупроводниковые лазеры). В данном разделе мы рассмотрим один из самых новых и интересных типов лазеров, в активной среде которых электроны являются еще более свободными, чем в рассмотренных выше случаях, а именно лазер на свободных электронах (ЛСЭ). В этом лазере электронный пучок, движущийся со скоростью, близкой к скорости света, пропускается через магнитное поле, создаваемое периодической структурой (называемой вигглером или ондулятором) [c.428]

На рис. 6.55, а приведен этот спектр как функция безразмерной величины л . Поскольку для всех электронов, если их инжектировать с одинаковой скоростью и в одном и том же направлении, будет наблюдаться одна и та же форма линии, то полученная функция соответствует однородному контуру лазера на свободных электронах. Неоднородные эффекты связаны с такими факторами, как разброс энергии электронов, угловая расходимость электронного пучка и неоднородное распределение магнитного поля по сечению пучка. Заметим, что, поскольку число периодов ондулятора Nw составляет величину порядка 10 , из выражения (6.59) получаем Avq/vq 5-10 . Заметим также, что существует и другой метод рассмотрения свойств испускаемого излучения. В движущейся вместе с электроном системе отсчета, которую мы рассматривали выше, магнитное поле ондулятора будет двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Можно показать, что в этом случае статическое магнитное поле будет выглядеть для электрона как набегающая электромагнитная волна. Поэтому можно считать, что синхротронное излучение обусловлено комптонов-ским рассеянием назад этой виртуальной электромагнитной волны на электронном пучке. По этой причине соответствующий тип ЛСЭ иногда называют работающим в комптоновском режиме (комптоновский ЛСЭ). [c.431]

Рис. 6.55. Спектр спонтанного излучения (а) и сечения вынужденного излучения (б) в лазере на свободных электронах как функция нормированной величины x=2nNw(y — — Vo)/Vo.

При распространении электромагнитного излучения в периодических средах возникает много интересных и потенциально полезных явлений. К ним относятся дифракция рентгеновского излучения в кристаллах, дифракция света на периодических изменениях механических напряжений, возникающих при прохождении звуковой волны, и запрещенная зона для света в слоистых периодических средах. Эти явления используются во многих оптических устройствах, таких, как дифракционные решетки, голограммы, лазеры на свободных электронах, лазеры с распределенной обратной связью, лазеры с распределенным брэгговским отражением, брэгговские отражатели с высокой отражательной способностью, акустооптические фильтры, светофильтры Шольца и т. д. В данной главе мы рассмотрим некоторые общие свойства электромагнитного излучения в периодических средах и общую теорию его распространения в слоистой периодической среде. Эта теория имеет весьма близкую формальную аналогию с квантовой теорией электронов в кристаллах и поэтому позволяет использовать понятия блоховских волн, запрещенных зон, затухающих и поверхностных волн. Наконец, мы обсудим применение этой теории для решения ряда хорошо известных задач, таких, как расчет коэффициента отражения от брэгговского зеркала, коэффициентов пропускания фильтра Шольца и оптических поверхностных волн. Кроме того, мы обсудим двойное лучепреломление за счет формы и его применение в дихроичных поляризаторах. Периодические структуры играют также важную роль в интегральной оптике, рассмотрение которой мы отложим до гл. 11. [c.169]

Ранее в качестве наиболее перспективных систем поражения называлось оружие направленной передачи энергии, в частности лазер на свободных электронах. Теперь на первый план выдвинуты ускоренные разработки кинетического оружия — противоракет и самона-водящихся снарядов, способных уничтожать цель силой удара. [c.179]

Изложенная выше теория была в дальнейшем обобщена на случай трехмерного движения в электромагнитных полях [15] было, в частности, предложено использовать движение электронов в слабо неоднородных переменных полях для создания СВЧ-генераторов [16]. Недавно подобный подход был успешно применен в теории определенного типа лазеров на свободных электронах, действие которых основано на излучении электронов в периодических статических полях (убитрон) и рассеянии волн потоками релятивистских электронов (скаттрон) [17, 18]. Схема таких лазеров дана на рис. 11.8. Простейшая теория применительно к схеме рис. 11.8г изложена в [19]. В инерциальной системе отсчета К, которая движется поступательно в положительном направлении оси X (направление движения электронного потока) со скоростью, равной фазовой скорости комбинационной волны г>ф = П/кх = шв [c.237]

Рис. 11.8. Схема лазеров на свободных электронах а — убитрон (генератор, роль системы накачки в котором выполняет периодическая магнитная система 1) в спектре тока пучка возникают гармоники, скорость которых больше скорости света они и взаимодействуют с полем резонатора сигнала 2 б — скаттрон (генератор с зеркальным отражением от быстро движущегося переднего фронта пучка электронов 1) в — скаттрон (генератор с рассеянием волны накачки на возмущениях плотности 1, вызванных комбинационной волной на частоте Шг — Ше приводящим к появлению сигнала накачка (индекс i) и сигнал (индекс в) могут соответствовать различным типам колебании электродинамической структуры) г, д— схема модели скаттрона, используемой в теории

Комментарий. Работа одного из разновидностей лазера на свободных электронах - "убитрона" основана на рассеянии электромагнитной волны на сгустке релятивистских электронов, который в этом случае выполняет роль движугцегося зеркала. Поэтому результат этой задачи дает коэффициент преобразования частоты в убитроне. [c.28]

Квантовые (или классические) системы, в которых процессы усиления или генерации когерентного электромагнитного излучения осуществляются на основе квантовых переходов между состояниями непрерывного спектра, можно условно назвать лазерами на свободных электронах . Такие системы, как правило, могут быть реализованы с помощью электронных пучков, движущихся в макроскопическом элект-. ромагнитном поле. [c.159]

В рамках квантовомеханических представлений, как будет показано ниже, индуцированное излучение электронных пучков обусловлено неэквидистантностью спектра энергий электрона (как и в строго квантовой системе — лазере на связанных электронах ) и эффектом отдачи, которую испытывает электрон при излучении или поглощении им внешнего фотона. В лазерах на свободных электронах (ЛСЭ) неэквидистантность спектра энергий мала, вследствие чего в такой системе практически всегда задействованы три уровня энергии, т. е. возможны переходы из начального состояния как вниз (с излучением фотона), так и вверх (с поглощением фотона). Частоты этих переходов отличаются друг от друга незначительно (их разность пропороцио-нальна величине порядка Н(о1Е), в то время как в случае лазеров на связанных электронах такие частоты переходов существенно разные. Вследствие указанной особенности энергетического спектра в ЛСЭ процессы индуцированного излучения и поглощения оказываются неотделимыми друг от друга при Н(д/Е—И), что указывает на классическую природу эффекта в случае ЛСЭ. [c.162]

Синхротронное излучение (СИ),. возникающее при работе синхротронов и накалителей электронов, дает возможность проводить фундаментальные научные исследования в областях спектра, которые до последнего времени не были обеспечены достаточно мощными источниками излучения, например в рентгеновской и мягкой рентгеновской областях, в области вакуумного ультрафиолета. Мы уже говорили, что синхротроны и накопители электронов являются источниками мощного электромагнитного излучения, имеющего непрерывный спектр от инфракрасной до рентгеновской области, острую направленность, высокую степень поляризации. Благодаря этим свойствам синхротронное излучение стало важным средством исследований в физике твердого тела, -в атомной и молекулярной физике, в радиационной и фотохимии, в молекулярной биологии, во внеатмосферной астрономии и др. Весьма перспективно применение синхротронного излучения для исследования высоко-энергетических возбуждений в физике и химии. Благодаря высокой по сравнению с рентгеновскими трубками интенсивности и поляризации СИ открывает новые пути исследования, особенно важные для быстро развивающихся областей современной науки, особенно молекулярной биологии, физики поверхности, физики фазовых переходов и др. Важную роль играет СИ в нелинейной оптике (накачка лазеров синхротронным излучением, разработка лазеров на свободных электронах и др.). Разработаны уже и важные технологические применения СИ, прежде всего рентгеновская литография в микроэлектронике. Практике применения синхротронного излучения в эксперименте посвящены десятки обзоров в научных журналах, число публикаций по применению СИ растет с каждым годом, превышая в настоящее время две тысячи работ. [c.211]

Известны лазеры, которые в принщпе пригодны для решения этих задач. К их числу относят химические лазеры, работающие по открытому циклу, электроразрядные лазеры, которые могут обеспечить КПД более 20 %, лазеры на свободных электронах, КПД которых может быть еще более высок, а также лазеры с солнечной накачкой [8, 12]. Последний тип лазера особенно интересен при использовании его в составе космической солнечной электростанции. [c.177]

ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ, генераторы эл.-магн. колебаний, действие к-рых основано на излучении эл-нов, колеблющихся под действием ввеш. электрич. и (или) магн. поля и перемещающихся с релятивистской поступат. скоростью в направлении распространения излучаемой волны. Благодаря Доплера эффекту частота излучения в Л. н. с. э. во много раз превышает частоту колебаний эл-нов и может попадать в диапа-яон от СВЧ до УФ. Эл-н в Л. н. с. э. излучает в элем, акте квант, энергия к-рого во много раз меньше исходной энергии ч-цы. Это позволяет каждому эл-ну в процессе вз-ствия с волной излучить много квантов ( 10 —10 ). Поэтому движение и излучение ч-ц могут быть описаны уравнениями классич. электродинамики, а сами Л. н. с. э. явл. по существу классич. приборами, родственными лампе бегущей волны, клистрону и др. электронным генераторам СВЧ. Вынужденному излучению в Л. н. с. э. (как и в др. электронных приборах) при классич. описании отвечает самосогласованный процесс, включающий в себя группирование эл-нов в сгустки под действием резонансной затравочной волны и последующее усиление этой волны в результате когерентного излучения образовавшихся электронных сгустков. [c.343]

Газовые лазеры охватывают диапазон от ультрафиолетовой до субмил-лимстровой области спектра. Активная среда в них — газ при пониженном давлении, помещенный в газоразрядную трубку, в которой возбуждается разряд. Возникающие при разряде свободные электроны, сталкиваясь с частицами газа, возбуждают их и переводят на верхние рабочие уровни, создавая (при соответствующих условиях) инверсную заселенность этих уровней. [c.341]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...