自由电子激光

一：自由电子激光的应用

由于自由电子激光器具有许多一般激光器望尘莫及的优点，所以自由电子激光器问世后不久，科学家们就开始着手于研究它的应用问题．自由电子激光特别适宜于研究光与原子、分子和凝固态物质的相互作用，这类研究涉及到固体表面物理、半导体物理、超导体、凝聚态物理、化学、光谱学、非线性光学、生物学、医学、材料、能源、通信、国防和技术科学等多个方面．原子核工程是自由电子激光器应用最有前途的领域之一，自由电子激光器在此应用上的最大优点是高功率、宽可调光谱范围，以及准连续运转特点．因此，可应用于物质提纯、受控核聚变、铀、钆、硼、锶和钛等元素的同位素分离和等离子体加热等．自由电子激光器的高效率、短脉冲及波长可调的优点，在工业上也有广阔的应用前景．例如在半导体工艺中的薄膜沉积、平板印刷术、蚀刻、掺杂质等，自由电子激光器特别适合大批量材料处理，因为它的波长可调谐，器件又可放大到能输出高平均功率．用于材料处理时，要求功率为1～5KW，波长为8～20Van的自由电子激光器．自由电子激光器还可进行各种化学分析与测量，可以生产高纯硅晶体、满足计算机生产的需要．集成电路装配，包括量子处理和光刻可更多地借助短波自由电子激光器．另外，自由电子激光器还用在激光加工、光CVD等方面的材料，制作x射线激光器、激光加速器等．自由电子激光器还用在原子、分子的基础研究上，光化学可依赖工作在紫外到远紫外区的自由电子激光器．自由电子激光的可调谐性和超短脉冲特性，使得探索化学反应过程、生化过程的动态过程成为可能．这对研究物质的结构和性能对生成新物质的研究，将会产生革命性的变革和新的进展也是自由电子激光器应用最丰富的领域，而目前当务之急是研制紧凑、实用的小型自由电子激光器，其主要目的是把价格降到大医院能买得起的水平．对医学研究和治疗而言，这种激光器可在1—101am波段可调，输出功率不超过几百瓦，此种应用一般要求有几瓦平均功率。观的是自由电子激光器可以为空间站输送能量，以降低空间站对太阳能电池的依赖性．用于向卫星传输功率时，要求功率为100KW一1MW，波长为0．86tun的自由电子激光器在军事上，自由电子激光器可以成为强激光武器，是反洲际导弹的激光武器的主要潜在手段之一．自由电子激光器功率虽然强大，但由于其体积庞大，因此目前只适宜安装在地面上，供陆基激光器使用．在毫米波段，自由电子激光器是唯一有效的强相干信号源，在毫米波激光雷达、反隐形军事目标和激光致盲等研究中具有不可替代的重要应用价值．

二：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。

三：自由电子激光的发展趋势

(1)向短波方向发展 由于技术上的困难，目前建成的自由电子激光器主要工作在远红外与红外区。随着技术的不断发展，特别是加速器技术上的进步，FEL将不断向短波(真紫外、软x射线)方向推动。(2)提高峰值功率及平均功率 这主要是出于军事目的(比如定向能武器和军事通信)。(3)发展小型化专用装置及工业应用 目前，美国、日本等国的许多著名公司都在积极研究经济实用的专用FEL装置。(4)提高功率转换效率 目前，FEL的能量转换效率还很低(10%一20% )，因此，无论从科学实验、工业应用还是军事目的，都亟待提高总功率转换效率。最新研究表明，将射出的无用电子束送人减速装置回收其能量，回收率可达95% 。自由电子激光从出现至今刚刚经历了20个年头，尚处于发展的初期阶段，技术还不成熟，但FEL性能上无可比拟的优点，越来越引起科学界、军事界、医学界的高度重视。已成为科学技术领域最活跃的领域之一。

四：自由电子激光器的工作原理

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性交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。在现有的电子枪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。

五：同步辐射光源和自由电子激光的区别

第四代光源(X射线激光)是继第三代同步辐射光源以后,人们正在探索之中的新一代光源,它在亮度、相干性和时间结构上都大大优于第三代同步辐射光源.从目前发展的趋势来看,新一代的短脉冲、高亮度、可调的相干X射线光源将是基于自放大自发辐射原理的高增益自由电子激光(SASEFEL).综述了第四代光源的由来、它和SASE的关系以及它的优异特性、发展现状以及应用前景.led是发光二极管，主要是PN节上的电转成光的效果，两个基本不一样

六：最先进的激光器是什么呀？自由电子激光器是怎么一回事？

自由电子激光器简介 一种利用自由电子的受激辐射，把相对论电子束的能量转换成相干辐射的激光器件。自由电子受激辐射的设想曾于1951年由Motz提出，并在1953年进行过实验，因受当时条件的限制，未能得到证实。1974年斯坦福大学的Madey等人重新提出了恒定横向周期磁场中的场致受激辐射理论，并首次在毫米波段实现了受激辐射；1976年Madey小组第一次实现了激光放大，1977年4月斯坦福大学Deacon等人才研制成第一台自由电子激光振荡器。它由一根抽成真空的长5.2米的铜管组成，外面绕有超导导线，以便在整个管上产生一个周期为3.2厘米的变化的横向静磁场（如图），轴上磁感应强度 B_0为0.24特斯拉。铜管两端装有反射镜组成谐振腔，腔长12.7米，输出镜面的反射率为1.5％，能散度小于3\times10^{-3}的43.5兆电子伏的电子束由超导加速器产生。 [编辑本段]工作原理 电子束通道直径为10.2毫米，电子束的平均电流为132微安，峰值电流为2.6安。电子束注入交变磁场后被迫在管中螺旋前进，由磁致辐射效应产生光辐射，光在两镜面之间来回反射，并与电子束相互作用，形成受激康普顿散射，获得波长为3.417微米，线宽为0.008微米，平均功率为0.4瓦，峰值功率为7千瓦的相干红外福射。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。在现有的电子枪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。 [编辑本段]发展前景 自由电子激光器在短波长、大功率、高效率和波长可调节这四大主攻方向上，为激光学科的研究开辟了一条新途径，它可望用于对凝聚态物理学、材料特征、激光武器、激光反导弹、雷达、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、非线性以及瞬态现象的研究，在通讯、激光推进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位素分离、遥感等领域，它应用的前景也很可观。

希望采纳

七：准分子激光器，化学激光器及自由电子激光器有哪些特点

准分子激光器：

以准分子为工作物质的一类气体激光器件。常用相对论电子束（能量大于200千电子伏特）或横向快速脉冲放电来实现激励。当受激态准分子的不稳定分子键断裂而离解成基态原子时，受激态的能量以激光辐射的形式放出。

特点

1、准分子以激发态形式存在，寿命很短，仅有10^(-8)S量级，基态为10^(-13)S量级，跃迁发生在低激发态和排斥的基态（或弱束缚）之间，其荧光谱为一连续带。

2、由于其荧光谱为一连续带，故可以实现波长可调谐运转。

3、由于激光跃迁的下能级（基态）的离子迅速离解，激光下能级基本为空的，极易实现粒子数反转，因此量子效率很高，接近100%，且可以高重复频率运转。

4、输出激光波长主要在紫外线到可见光段，波长短、频率高、能量大、焦斑小、加工分辨率高，更适合用于高质量的激光加工。

化学激光器：

化学激光器是另一类特殊的气体激光器，即是一类利用化学反应释放的能量来实现工作粒子数布居反转（简称粒子数反转）的激光器。化学反应产生的原子或分子往往处于激发态，在特殊情况下，可能会有足够数量的原子或分子被激发到某个特定的能级，形成粒子数反转，以致出现受激发射而引起光放大作用。

自由电子激光器：

自由电子激光器(FEL)是一类不同于传统激光器的新型高功率相干辐射光源.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。

自由电子激光器在短波长、大功率、高效率和波长可调节这四大主攻方向上，为激光学科的研究开辟了一条新途径，它可望用于对凝聚态物理学、材料特征、激光武器、激光反导弹、雷达、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、非线性以及瞬态现象的研究，在通讯、激光推进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位素分离、遥感等领域，它应用的前景也很可观。OFweek激光网为您解答！

八：激光武器的主要分类

激光武器分为三类：一是致盲型。前面我们讲过的机载致盲武器，就属于这一类。二是近距离战术型，可用来击落导弹和飞机。1978年美国进行的用激光打陶式反坦克导弹的试验，就是用的这类武器。三是远距离战略型。这类的研制困难最大，但一旦成功，作用也最大，它可以反卫星、反洲际弹道导弹，成为最先进的防御武器。发达国家的大型水面舰只已开始采用核能作为动力，中型水面舰只的电动化改进也已进入实质阶段，这都为激光武器在舰艇上的应用铺平了道路。战术激光武器战术激光武器是利用激光作为能量，是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。1978年3月，世界上的第一支激光枪在美国诞生。激光枪的样式与普通步枪没有太大区别，主要由四大部分组成：激光器、激励器、击发器和枪托。国外已有一种红宝石袖珍式激光枪，外形和大小与美国的派克钢笔相当。但它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉，且无声响，在不知不觉中致人死命，并可在一定的距离内，使火药爆炸，使夜视仪、红外或激光测距仪等光电设备失效。还有7种稍大重量与机枪相仿的小巧激光枪，能击穿铜盔，在1500米的距离上烧伤皮肉、致瞎眼睛等。 战术激光武器的挖眼术不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力。因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。1982年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。战略激光武器战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。例如，1975年11月，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中，并变成“瞎子”。因此，高基高能激光武器是夺取宇宙空间优势的理想武器之一，也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因。据外刊透露，自70年代以来，美俄两国都分别以多种名义进行了数十次反卫星激光武器的试验。 反战略导弹激光武器的研制种类有化学激光器、准分子激光器、自由电子激光器和调射线激光器。例如：自由电子激光器具有输出功率大、光束质量好、转换效率高、可调范围宽等优点。但是，自由电子激光器体积庞大，只适宜安装在地面上，供陆基激光武器使用。作战时，强激光束首先射到处于空间高轨道上的中断反射镜。中断反射镜将激光束反射到处于低轨道的作战反射镜，作战反射镜再使激光束瞄准目标，实施攻击。通过这样的两次反射，设置在地面的自由电子激光武器，就可攻击从世界上任何地方发射的战略导弹。 高基高能激光武器是高能激光武器与航天器相结合的产物。当这种激光器沿着空间轨道游弋时，一旦发现对方目标，即可投入战斗。由于它部署在宇宙空间，居高临下，视野广阔，更是如虎添翼。在实际战斗中，可用它对对方的空中目标实施闪电般的攻击，以摧毁对方的侦察卫星、预警卫星、通信卫星、气象卫星，甚至能将对方的洲际导弹摧毁在助推的上升阶段。

九：让自由电子激光支持高压电的气是什么气

氖气