自由电子激光器有什么与众不同的特点

自由电子的受激辐射原理，虽然1951年曾有人提出，但直到1977年美国斯坦福大学用2.4千高斯的超导磁场、43兆电子伏特能量的电子束，才在波长3.4微米处，获得了0.36瓦的激光平均功率和7千瓦的峰值功率。所谓“自由电子激光器”，是指一种高功率连续可调谐的新颖激光器件，需要用加速器等复杂设备。这种激光器从理论到实验目前尚不成熟。自由电子激光器的工作机制与众不同，它是从加速器中获得几千万电子伏特的高能调整电子束，这些调整电子经过周期性磁场，形成不同能态的能级，然后在它们之间实现粒子数反转并产生受激辐射。自由电子不受原子核的束缚，这样，自由电子的运动就比较自由，它的能级结构与束缚电子的固定能级结构相比，自由而不受限制。因此，激光辐射波长或频率随电子能级的变化（主要由电子能量大小决定）就可以调谐。目前，调谐是通过改变电子束能量大小和磁场强弱的办法。调谐范围可以从微波到红外，甚至X射线波段。正是由于自由电子不受原子核束缚和不受固定电子轨道的限制等，激光功率和效率可以不断提高，这种器件既能振荡又能放大，脉冲或连续运转均可。另外，自由电子的能量不易“衰老”，若采用储存环结构的加速器，电子束还可以重复使用，使效率进一步提高。