Hacer los láseres de electrones libres en realidad lase?

Question

Los láseres de electrones libres son los dispositivos que utilizan el movimiento de haces de electrones de alta energía para producir brillante, radiación coherente en el x-ray régimen. Más específicamente, se inicio con un haz de electrones de energía y de alimentación en un ondulador, que es un conjunto de campos magnéticos alternos diseñado para hacer que el haz de electrones se mueven en un 'zig-zag' ruta con curvas cerradas a cada lado, la emisión de radiación de sincrotrón durante cada turno.

La radiación así producido se acumula a lo largo de sucesivas vueltas, y se produce de forma coherente a través de la auto-amplificado de la emisión espontánea.

Una pregunta común con frecuencia plantea de esta configuración es: esto es realmente un láser? Es decir, ¿se han inversión de la población, y es la radiación que en la actualidad se emite a través de la emisión estimulada en algunos adecuada comprensión de la misma? La gente en el saber tienden a responder en forma afirmativa, pero yo todavía no he visto una buena explicación de por qué - y definitivamente no en línea. Así que: ¿FELs en realidad lase?

Answer 1

FELs producir un todo coherente, monocromática, intenso haz de luz que puede ser colimado con un iris (básicamente un agujero en un gran bloque de plomo).

Una cavidad óptica puede ser organizado por poner dos espejos alrededor de los onduladores, espaciados de modo que cada paso de los electrones de manera constructiva interfiere (ir aquí y haga clic en Ver una Película sobre Cómo HIGS Obras para ver una película que demuestra el Duque de FEL hacer algo como esto, con un añadido de Compton retrodispersión).

Es esta la emisión estimulada en la física atómica sentido? No. ¿Produce un haz de luz de manera similar a un láser que puede ser clasificada como tal? La mayoría de los físicos he interactuado con decir que sí.

Answer 2

Le falta un aspecto crucial de la dinámica de un Láser de Electrones Libres: microbunching. Esto viene del hecho de que aunque los electrones de diferentes energías comparten básicamente la misma velocidad $c$, tienen diferentes amplitudes de oscilación en el ondulador, por lo tanto se desplazan longitudinalmente.

Ya que usted menciona el SASE mecanismo permítanme ampliar su alrededor: el ruido en la inicial de la distribución de los electrones se garantiza que algunos de los picos que se comienzan a irradiar de manera coherente (el poder ir con $N^2$). Como la radiación se desliza a través del racimo (recuerde que los fotones ir directamente, mientras que los electrones se movió) que intercambia energía con ella, activando la energía de modulaciones. Pero, como vimos antes, esto resulta en un desplazamiento longitudinal, por tanto, podemos obtener la densidad de modulaciones en la radiación de longitud de onda.

El resultado es que el inicialmente largos montón lentamente se divide en un número de muy corto (micro) racimos, todos ellos se irradia de manera coherente, con un gran aumento en la intensidad de la radiación de ganancia. Por supuesto, el microbunching no puede continuar indefinidamente, de hecho se llega a la saturación, donde la dinámica se hace fuertemente no lineal y la ganancia se detiene.

Por lo tanto, para asegurarse de que tiene light unmplification por stimulated emisión de radiation: la inicial de radiación estimula microbunching que se traduce en más radiación, obviamente esta no es la interpretación estándar de la física atómica, pero en común es el inglés, encaja a la perfección. La inversión de la población podría ser visto en el microbunching factor: la inicial, más o menos uniforme, la viga es completamente "invertida", mientras que, mientras el microbunching desarrolla esta se pierde hasta la saturación.

Para algunos leer (y también la fuente de la buena imagen): FEL@Desy.de (utilice el menú de la izquierda)

Answer 3

Si el uso de "inversión de población" como una parte esencial de la definición de lo que un láser es, entonces estás en lo correcto no es un láser. Pero eso no niega que las propiedades de la luz puede ser sólo la luz de cualquier "láser". Así que, esto es un poco de semántica problema, y menos acerca de la física.

Algunos otros "no-láser" fuentes de luz coherente: Oscilador Paramétrico Óptico, láser sin inversión, etc

Answer 4

Aunque el inicial sentido de láser vino de la Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación, la actual "común" significado de láser proviene de luz coherente ser de luz láser y por lo tanto, cualquier cosa que produce luz coherente, es un láser. Así que, ¿FEL lase? No, son los láseres? Sí.