自由電子激光器

自由電子激光器 （ FEL ） ， 所產生激光束其光學性質與傳統激光器一樣 ， 具有高度相干 、 高能量的特點 ， 不同之處在於其產生原理 。 一般激光產生方法是用特定物質激發至激發態以作爲激光介質 ， 其激光產生是把原本處於激發態的原子或分子激發以產生激光 ； 有別於一般激光 ， FEL的光來自同步輻射光源 ， 其原理是利用聚頻磁鐵 ( undulator ) 或增頻磁鐵 ( wiggler ) 的磁場把高速前進的電子束多次改變方向 ， 從而把電子的動能轉爲光子 。 在這些光子與電子束的相互作用下 ， 光得以放大 ， 而電子束也繼而以同步方式發放光束 ， 就此得出了激光 。 由於電子束在磁場中是自由移動的 ， 故命名爲 “ 自由電子激光器 ” 。 自由電子激光產生過程中不需要介質 ， 也就不需要特定物質以做成居量反轉 ， 不被特定物質的能級特性而限定了波長 。 電子束的動能及聚頻磁鐵的參數階可隨需要改變 ， 只要改變這些條件就可以使激光的波長改變 ， 因此自由電子激光可在相當廣的範圍內設計成所需要的某一波長 ， 目前涵蓋範圍由微波 ， 太赫茲 ， 遠紅外 ， 可見光區 ， 甚紫外以至X射線 。 自由電子激光器的核心是電子源 （ 通常是粒子加速器 ） 與相互作用區 （ 把電子動能轉換爲光子能量 ） 。 自由電子激光器發明於1976年 ， 發明者爲斯坦福大學的約翰 · 梅迪 ( John Madey ) 。 而當中的相關技術聚頻磁鐵則是由Hans Motz及其夥伴於1953年在史丹福大學研製 。 梅迪當時所用電子束能量爲24MeV ， 放大光訊號的聚頻磁鐵長5米 。