レーザーなしの自由電子レーザーのパラドックス

数日前、スコットランドのストラスクライド大学の研究チームが、紫外線スペクトル領域でのコヒーレント光の生成に成功しました。この方法は、デスクトップX線源の開発の方向性を示しています。 この目的のために、研究チームの科学者たちは、コヒーレンスを生成するためにレーザーを必要としない超短波長コヒーレント光源を開発しました。

コヒーレント光源は強力なツールであり、医学、生物学、材料科学、化学、物理学の分野で研究アプリケーションがあります。一般的な電子ビーム光源は第4世代光源と呼ばれ、自由電子レーザー（FEL）に基づいて生成され、短波発振器を使用して電子ビームエネルギーをX線に変換します。



研究チームは、コヒーレント放射を生成するこの新しい方法は、光源の生成を完全に変えることができると述べました。新しい方法は、ビームを非常にコンパクトにし、基本的にデスクトップコンピュータのサイズにすることができ、現在のどの方法よりもはるかに短い超短時間のレーザーパルスを生成することができます。紫外線およびX線コヒーレント光源の幅広い使用は、科学的研究の実施方法を変えるでしょう。

10000ｍｗ高出力レーザー

チームメンバーは、コヒーレント光源の生成の実現可能性を実証するために、紫外線スペクトルで原理検証実験を実施することを計画しています。成功すれば、短波長のコヒーレント光源の開発が大幅に加速します。チームは、これらのタイプの光源を研究するための施設を設立し、英国で最高出力のレーザーを備えたスコットランドのプラズマ加速器アプリケーションセンターによってサポートされています。現在、研究チームはその結果をScientificReportsに公開しています。





研究プロジェクトのリーダーとして、Dino Jaroszynski博士は、次のように述べています。シンクロトロン源の最新技術レベル。」



彼はさらに、自由電子レーザーと比較して、この方法で生成されたビームはよりコンパクトであり、電子ビームの品質に対する要件が低く、光源のモード変換を提供できるという事実について話しました。研究の方向性。この方法では、アンジュレータでのビーム圧縮（チャープパルス増幅レーザーと同様）を使用して、放射輝度を大幅に増加させます。



自由電子レーザーは、他のレーザーと同様に、単一のラジエーターの位相をロックするフィードバックメカニズムを介してビーム強度を増幅し、「自由」電子が生成されます。自由電子レーザーでは、高エネルギーの電子ビームはアンジュレーターによって実現され、アンジュレーターは交互の極性を持つ磁石のセットです。



電子がアンジュレータを介して振動すると、電子から放出された光が「質量力」と呼ばれる力を発生させ、電子を集めて加速と減速の機能を実現します。電子が均一に分布している場合、アンジュレータを通過する電子はインコヒーレント光を放射します。光を放出するすべての電子には、光を部分的に打ち消す別の電子があります。



自由電子レーザーの場合、電子の集中により光の増幅とコヒーレンスの増加が起こりますが、通常は時間がかかるため、長いアンジュレーターが必要です。 X線自由電子レーザーでは、アンジュレーターの長さが100メートルを超える場合があります。 X線自由電子レーザーを駆動する加速器は数キロメートルに達する可能性があるため、これらのデバイスは非常に高価で非常にかさばります。



ただし、コヒーレント放射を生成するために自由電子レーザーを使用することだけが方法ではありません。 「プリフォーカス」ビームまたは超短電子ビームも、長さが1メートル未満の短いアンジュレータでまったく同じコヒーレンスを実現できます。電子ビームがアンジュレータによって生成される光の波長よりも短い限り、それは自動的にコヒーレント光を生成します-すべての光波は、同じ性質と高輝度の光を生成するために追加または干渉します。



研究チームは、上記の結果が数十ナノメートルの長さの電子ビームを生成できるレーザープラズマ航跡場加速器によって達成できることを理論レベルで検証しました。これらの超短高エネルギー電子ビームが短波アンジュレータを通過すると、高価な自由電子レーザーと同じ数の電子を生成できます。



さらに、研究チームはまた、エネルギー「チャープ」を伴う電子ビームを生成することにより、アンジュレータ内で電子ビームを非常に短い持続時間に圧縮できることを示しました。これにより、より短い電子ビームを取得する新しい方法が提供されます。 、より短い波長のレーザーを生成することができます。