Лазеры на свободных электронах
Движущаяся заряженная частица, попав в ондулятор, совершает периодические колебания и генерирует ондуляторное излучение. В общем случае цуги волн ондуляторного излучения представляют собой гармоники, кратные основной частоте. Частоты <�о" n-й гармоники в соответствии с эффектом Доплера определяются как. Лазеры на свободных электронах представляют собой генератор когерентных электромагнитных… Читать ещё >
Лазеры на свободных электронах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Лазеры на свободных электронах представляют собой генератор когерентных электромагнитных колебаний оптического диапазона длин волн, принцип работы которого основан на взаимодействии пучка свободных релятивистских электронов с пространственнопериодическим электрическим или магнитным полем.
Лазер на свободных электронах близок к приборам релятивистской высокочастотной электроники. Это прибор, принцип работы которого основан на эффектах квантовой и вакуумной электроники.
Пучок релятивистских электронов создается ускорителем заряженных частиц и направляется в ондулятор. Ондулятор представляет собой устройство, в котором создаются электромагнитные поля, действующие на движущуюся в нем заряженную частицу с периодической силой. Так, что среднее за период значение силы равно нулю.
Движущаяся заряженная частица, попав в ондулятор, совершает периодические колебания и генерирует ондуляторное излучение. В общем случае цуги волн ондуляторного излучения представляют собой гармоники, кратные основной частоте. Частоты <�о" n-й гармоники в соответствии с эффектом Доплера определяются как 
где Q = — частота колебаний частицы в ондуляторе. При 0 = 0 частоты ондуля;
торного излучения максимальны. Длина волны первичного излучения в направлении движения электронов.
где А. — период электрического или магнитного поля в ондуляторе, у — отношение кинетической энергии электрона к их энергии покоя. Если у «I, то X «Хо (частота первичного излучения во много раз превышает частоту поперечных колебаний электронов). В открытом резонаторе, в который направляются релятивистские электроны и создаваемая ими первичная электромагнитная волна, происходит усиление волны и генерация направленного когерентного излучения. Такое излучение возникает из-за явления самосогласованного процесса, включающего в себя группирование электронов в сгустки под действием резонансной первичной волны. Группирование электронов возможно только при условии расходимости пучка, нс превышающей несколько миллирадиан, и при условии моноэнергетичности электронов. Усиление происходит за счет когерентного излучения образовавшихся электронных сгустков.
В лазерах на свободных электронах есть возможность плавной перестройки длины волны генерации путем изменения величины кинетической энергии электронов. Так, получена генерация в инфракрасном диапазоне длин волн (10,8 мкм, 3,4 мкм, 0,65 мкм). Средняя мощность излучения составляет около 5 Вт. КПД составляет — 1%, но может быть увеличен до 40% при условии возврата электронов в резонатор.