В Китае разработан лазер на свободных электронах

Китайские ученые 15 января 2017 года презентовали самый мощный в мире лазер разработанный на свободных электронах, который генерирует ультрафиолетовое излучение. Об этом сообщило китайское информационное агентство «Синьхуа». Разработка принадлежит Академии наук Китая.

Лазерная установка способна генерировать импульсы в 140 триллионов фотонов на каждую пикосекунду, что делает получаемое ультрафиолетовое излучение самым ярким в мире. Кроме того, длина волны может регулироваться. У данной технологии множество областей применения, особенно в изучении физико-химических процессов.

Лазер на свободных электронах - FEL лазер - вид лазера, излучение в котором генерируется моноэнергетическим пучком электронов, распространяющимся в ондуляторе - периодической системе отклоняющих полей. Электроны, совершая периодические колебания, излучают фотоны, энергия которых зависит от энергии электронов и параметров ондулятора.

В отличие от газовых, жидкостных или твердотельных лазеров, где электроны возбуждаются в связанных атомных или молекулярных состояниях - у FEL источником излучения является пучок электронов в вакууме, проходящий сквозь ряд расположенных специальным образом магнитов - ондулятор, заставляющий пучок двигаться по синусоидальной траектории, теряя энергию, которая преобразуется в поток фотонов. В результате вырабатывается мягкое рентгеновское излучение.

Меняя энергию электронного пучка, а также параметры ондулятора, можно в широких пределах менять частоту лазерного излучения, что является главным отличием FEL от лазеров других систем. Излучение, получаемое с помощью FEL, применяется для изучения нанометровых структур - есть опыт получения изображений частиц размером всего 100 нанометров.

Проект первого лазера на свободных электронах был опубликован в 1971 году Джоном Мэйди в рамках своего PhD-проекта в Стэнфордском университете. В 1976 году Мэйди и его коллеги продемонстрировали первые опыты с FEL, используя электроны с энергией 24 МэВ и 5-метровый вигглер для усиления излучения. Мощность лазера составляла 300 мВт, а эффективность всего 0,01%, но была показана работоспособность такого класса устройств, что привело к огромному интересу и резкому увеличению количества разработок в области FEL.