激光技術(shù)的新里程碑：自由電子激光器
發(fā)布日期：2023-12-25瀏覽次數(shù)：109
自由電子激光器
自由電子激光器（FELs）產(chǎn)生的極強(qiáng)光脈沖是研究中的通用工具。特別是在X射線范圍內(nèi)，它們可以用于分析各種材料的原子結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，并高精度地跟蹤基本的超快過程。
到目前為止，F(xiàn)EL（如德國的歐洲XFEL）是以傳統(tǒng)的電子加速器為基礎(chǔ)的，這使得它們長而昂貴。由法國Synchrotron SOLEIL和德國HZDR組成的國際團(tuán)隊(duì)，現(xiàn)在已經(jīng)在一個(gè)低成本的替代解決方案中取得了突破：他們能夠在紫外體系中演示基于激光-等離子體加速的種子FEL發(fā)光。X射線自由電子激光器是世界上最強(qiáng)大，也是最復(fù)雜的研究機(jī)器之一。其原理是：借助強(qiáng)大的射頻波，加速器使電子接近光速。然后，這些捆成束的粒子穿過“起伏器”——一種具有周期性交變磁場的磁鐵排列，迫使電子束進(jìn)入回旋路徑。這使得電子束重組成許多更小的電子群-微型電子束，它們一起發(fā)射出極強(qiáng)的類似激光的光脈沖。然后，這些光脈沖可以用來破譯以前未知的材料特性，或追蹤極快的過程，例如發(fā)生在千萬億分之一秒內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。然而，耗資數(shù)十億美元的歐洲XFEL和其他類似基礎(chǔ)設(shè)施有一個(gè)缺點(diǎn)：它們有幾百米甚至幾公里長。正在研究的一種替代技術(shù)，可使此類設(shè)施更小、更具成本效益。其基礎(chǔ)是一項(xiàng)仍在開發(fā)中的新加速器技術(shù)——激光-等離子體加速。HZDR物理學(xué)家解釋道：“使用高功率激光，我們向等離子體發(fā)射短而超強(qiáng)的光，等離子體是由帶負(fù)電的電子和帶正電的離子組成的電離氣體。在等離子體中，光脈沖會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的交變電場波，類似于船的尾流。”這種波可以在很短的距離內(nèi)將電子快速加速到更高的速度。原則上，這可以將現(xiàn)在長達(dá)一百米的的加速器縮小到遠(yuǎn)小于一米的長度。
