¿Qué es la diferencia entre una fuente de luz sychrotron y un laser libre del electrón?

Question

Ciclotrón de la radiación, la radiación emitida por una partícula cargada que se curva por un campo magnético. La única diferencia entre el ciclotrón y la radiación de sincrotrón es que éste se produce a velocidades relativistas. Esto es correcto?

Ahora, AFAIK, la radiación de sincrotrón es producida artificialmente mediante la canalización de la aceleración del haz de partículas (supongo que esto sería generalmente electrones, pero supongo que podría ser protones como en el LHC) en un "dispositivo de inserción." Sé que lombrices y onduladores ambos son ejemplos, pero estoy claro sobre qué es exactamente la diferencia entre los dos es.

Lo que no entiendo es lo que se hace en un láser de electrones libres, que la diferencia de un viejo regulares fuente de radiación sincrotrón. Al parecer, la radiación de sincrotrón es coherente, por lo que claramente no es eso. Por otra parte, estoy confundido, donde la emisión estimulada entra en juego. Según wikipedia, un láser de electrones libres de los usos electrones libres (de ahí el nombre) en lugar de, por ejemplo, el cromo de zafiro dopado una.k.una. ruby, como el medio de ganancia. Excepto, espera. . .los electrones, ciertamente, no son estáticas, se están moviendo, bastante rápidamente, entonces, ¿cómo los fotones se reflejan de vuelta a estimular la emisión de si los electrones están en movimiento hacia adelante a la derecha más allá de ellos?

Estoy en lo cierto en mis suposiciones, o estoy totalmente equivocado, para empezar? Por desgracia, la wikipedia es muy vaga sobre el tema. He intentado hacer algunas investigaciones sobre el tema, pero he encontrado muy poco sobre la verdadera construcción de un láser de electrones libres (al menos, que no estaba detrás de un paywall). Gracias por su ayuda!

Answer 1

Sincrotrón de radiación es la radiación procedente de un haz de electrones girando en un campo magnético. La aceleración angular induce la radiación de fotones que emergen de forma tangencial a la curvatura de la viga y son coherentes.

La radiación de sincrotrón de un imán dipolar

Este es el caso de los aceleradores de partículas de alta energía física de los experimentos de dispersión y el principal es la pérdida de energía de los haces producidos. La radiación aunque coherente, barre alrededor de la circular de la geometría de la viga y el espectro de frecuencia es grande.

El láser de electrones libres utiliza el sincrotrón efecto con el fin de crear un lineal de los fotones del haz coherente similar a la de los láseres en la direccionalidad y coherencia. En una forma en que el nombre es engañoso.

Representación esquemática de un ondulador, en el núcleo de un láser de electrones libres.

Para crear un VIL, un haz de electrones es acelerado hasta casi la velocidad de la luz. El rayo pasa a través de la FEL oscilador, un periódico transversal campo magnético producido por una distribución de los imanes con la alternancia de los polos dentro de una cavidad óptica a lo largo de la trayectoria del haz. Esta variedad de imanes que comúnmente se configura como un ondulador, o un ondulador, porque obliga a los electrones en el haz de seguir una sinusoidal camino. La aceleración de los electrones a lo largo de esta ruta se traduce en la liberación de fotones (radiación de sincrotrón). Desde el movimiento de electrones está en fase con el campo de la luz ya emitidos, los campos agregar juntos, de manera coherente.

Tanto la radiación de sincrotrón y VIL tiene un acelerador de partículas para generar el rayo, pero el FEL en la segunda etapa se las arregla para conseguir una coherente haz de fotones cuya área de distribución en frecuencia y la potencia puede ser controlado.

Ciclotrón de la radiación también emite luz de sincrotrón a causa de la curvatura en el campo, excepto que el camino de los electrones no es circular, sino una espiral, y es manipulada por campos magnéticos variables . Esto permite la producción de un haz coherente que tiene frecuencias depende de las frecuencias que se utilizan para crear la trayectoria en forma de espiral.

Ciclotrón de la radiación tiene un espectro con sus principales pico en la misma frecuencia fundamental de la partícula de la órbita, y armónicos en más integral de los factores. Los armónicos son el resultado de las imperfecciones en el real de la emisión de medio ambiente,

Answer 2

En cuanto a la diferencia entre los onduladores y lombrices: la radiación de sincrotrón tiene una característica ángulo de apertura (que va como $1/\gamma$). En un invesor, los electrones en movimiento en la dirección transversal se establece que en el orden del ángulo de apertura. En un ondulador, sin embargo, el movimiento se hace más grande que el ángulo de apertura y, por tanto, un haz más ancho resultados.

Referencias Adicionales

1. Ross Schlueter, Ondulador y Invesor de Inserción de Dispositivos (Google Books)
2. USPAS los materiales del curso
3. SENG de I + D y Estudios de Diseño en LBNL, IPAC2012 (PDF)