周宇东

1.自由电子激光器的原理

1.1 同步辐射

要了解自由电子激光的原理我们首先要明白什么是同步辐射。同步辐射：同步辐射是速度接近光速（v≈c）的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射，由于它最初是在同步加速器上观察到的，便又被称为“同步辐射”。由同步辐射产生的光源叫做同步辐射光源，它的优点有：高亮度，宽波段（远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的连续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波长的光），窄脉冲（脉冲宽度在10-11～10-8s之间可以调控，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级），具有高偏振，高准直，高相干性。同步辐射光源的这些特点正好满足了激光器光源的需求。所以自由电子激光器利用的就是同步辐射的原理作为光源的。

1.2 自由电子激光器的原理

自由电子激光装置的原理如图1所示。

该装置由3部分组成：电子束注入器、扭摆磁铁、光学谐振腔。其中电子束注入器就是电子加速器，扭摆磁铁是有多对N-S相间的磁铁组构成，其中相邻两组磁铁的磁场方向是上下交替变化的，磁场变化的空间周期为λw，光学谐振腔主要是由一个反射镜和半透半反镜构成。当经电子加速器（速度接近光速）沿图示的Z方向进入到扭摆磁铁区时，电子在磁场的洛仑兹力作用下会在X-Z平面内左右往复摆动。当带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射（同步辐射）。在一定的条件下在不同位置处向Z方向发射的电磁波可以有相同的相位，并且还能够从电子束中获得能量，使它们的能量得以增加。……