Оглавление
- 1 Лазер на свободных электронах
- 1.1 Лазер на свободных электронах (ЛСЭ)
- 1.2 Принцип работы
- 1.3 Создание луча
- 1.4 Настройка длины волны
- 1.5 Квантовые эффекты
- 1.6 Строительство и применение
- 1.7 Инфракрасные и терагерцовые поля
- 1.8 Рентгеновские снимки
- 1.9 Примеры объектов
- 1.10 Посев и самосев
- 1.11 Методы и технологии
- 1.12 Биомедицинские исследования
- 1.13 Хирургия
- 1.14 Удаление жира
- 1.15 Военный
- 1.16 Премии и награды
- 1.17 Полный текст статьи:
- 2 Лазер на свободных электронах
Лазер на свободных электронах
-
Лазер на свободных электронах (ЛСЭ)
- Источник света четвертого поколения, генерирующий короткие импульсы излучения
- Использует релятивистские электроны для усиления излучения
- Пучок электронов проходит через магнитную структуру (ондулятор)
-
Принцип работы
- Электроны излучают когерентно, экспоненциально увеличивая интенсивность
- Длина волны варьируется от микроволн до рентгеновского излучения
- Первый ЛСЭ разработан Джоном Мейди в 1971 году
-
Создание луча
- Электронная пушка генерирует пучок электронов
- Пучок разгоняется до расчетной энергии в ускорителе частиц
- Проходит через ондулятор, где электроны колеблются и излучают фотоны
-
Настройка длины волны
- Длина волны регулируется энергией электронов или магнитным полем ондулятора
- Релятивистские эффекты влияют на длину волны
-
Квантовые эффекты
- В большинстве случаев теория классического электромагнетизма адекватна
- Для коротких длин волн могут потребоваться квантовые эффекты
-
Строительство и применение
- Требуют ускорителя электронов и вакуумных насосов
- Используются в химии, биологии, медицине и неразрушающем контроле
-
Инфракрасные и терагерцовые поля
- В 2013 году исследованы в среднем инфракрасном и терагерцовом диапазонах
-
Рентгеновские снимки
- Рентгеновские ЛСЭ (XFEL) работают без резонансного резонатора
- Используют длинные секции ондулятора для усиления
- Основаны на принципе самоусиливающегося спонтанного излучения (SASE)
-
Примеры объектов
- Лазер на свободных электронах в Гамбурге (ВСПЫШКА)
- Источник когерентного света Linac (LCLS)
- Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (EuXFEL)
-
Посев и самосев
- Проблемы с временной согласованностью решаются с помощью когерентного затравочного сигнала
- В 2010 году запущен источник FERMI@Elettra в Италии
- В 2001 году разработан метод генерации гармоник с высоким коэффициентом усиления
-
Методы и технологии
- “Fresh-Bunch” и “Свежий срез” — методы, демонстрирующие использование рентгеновских лазеров на свободных электронах.
- LCLS — самый мощный рентгеновский FEL в мире.
- Увеличение частоты повторения рентгеновских лучей усложняет анализ данных.
-
Биомедицинские исследования
- Рентгеновские лазеры на свободных электронах используются для получения изображений белков.
- Разрешение 0,8 нм достигнуто при длительности импульса 30 фемтосекунд.
- Новые биомаркеры метаболических заболеваний создаются с помощью инфракрасной ионной спектроскопии и масс-спектрометрии.
-
Хирургия
- Лазеры на свободных электронах используются для разрезания мягких тканей, включая кожу и роговицу.
- Проведены операции на людях с использованием лазера на свободных электронах.
-
Удаление жира
- Созданы небольшие клинические лазеры для удаления жира без вреда для кожи.
- Лазер на свободных электронах может использоваться для лечения акне и других липидных заболеваний.
-
Военный
- Технология FEL оценивается для создания зенитного и противоракетного оружия.
- Продемонстрирован прототип системы FEL, планируется запуск на полную мощность к 2018 году.
-
Премии и награды
- Премия FEL присуждается за значительный вклад в развитие лазеров на свободных электронах.
- Премия молодого ученого FEL Award присуждается за вклад в науку и технологии FEL.