ليزر الكترون آزاد (FEL) [1]

Campus

کاربر ممتاز


يكي از جديد ترين انواع ليزر كه از نظر ساختار با ليزرهاي مرسوم تفاوت هاي قابل توجه دارد ليزر الكترون آزاد است. از مهمترين ويزگيهاي آن شدت، كيفيت بالاي نور ليزر و تنظيم پذيري آن در يك طيف بسيار كسترده نسبت به ساير ليزر ها است. امروزه كشورهاي پيشرفته توان زيادي را در تحقيق روي اين ليزر صرف مي كنند.
وقتي يك ذره بار دار شتاب دار شود، از خودش تابش الكترومغناطيس منتشر مي كند؛ هر چه شتاب وارد شده بيشتر باشد توان اين تابش بيشتر خواهد شد. حال اگر اين ذره داراي سرعتي نسبيتي باشد، تابشي جهتمند خواهد داشت. اين اساس كار ليزر الكترون آزاد[SUP]1[/SUP] مي‌باشد. دو روش مرسوم براي شتاب وارد كردن بر ذره بار دار وجود دارد: يكي شتاب درجهت سرعت ديگري شتاب در جهت عمود بر سرعت حركت ذره. براي روش اول نياز به دستگاه بسيار حجيمي مي‌باشد، زيرا در حين وارد كردن شتاب لازم بر ذره بار دار، چون سرعت ذره نسبيتي است مسافت بسيار زيادي را طي خواهد كرد، ولي با روش دوم همان شتاب را با يك حجم محدودي مي‌توان تامين كرد. براي وارد كردن شتاب عرضي نياز يك نيروي عرضي مي‌باشد. براي اين كار از آهنرباهاي مخصوص كه جهت ميدان مغناطيسي آنها عمود بر جهت حركت ذره باردار مي‌باشد استفاده مي‌شود. ذره بر اثر نيروي مغناطيسي لورنتس مسير دايره اي را طي مي‌كند. ولي چون مي‌خواهيم ذره در حين نوسان در راستای سرعت اوليه‌اش حركت كند بايد جهت ميدان مغناطيسي به طور متناوب عوض شود. به همين علت از تعدادي آهنربا كه جهت ميدان مغناطيسي آنها يك در ميان عوض مي شود استفاده مي‌كنيم. چون اين آهنرباها باعث نوسان ذره بار دار ميشوند آنها را جنباننده يا ويگلر[SUP]2[/SUP] مي‌نامند.


ويگلر يا جنبانده قسمت اصلي ليزر الكترون آزاد است




انتخاب الكترون بعنوان ذره باردار در اين ليزر به خاطر بهينه بودن آن، چه ازلحاظ عملي و چه از لحاظ نظري است. تقريبا تمام تابشهاي گسيل شده در يك لحظه توسط الكتروني كه در ميدان مغناطيسي ويگلر در مسير تناوبي در حال حركت است، در داخل يك مخروط با زاويه راس خيلي كوچك محصور است اين زاويه گسيل از نظر عددي حدوداً برابر نسبت انرژي سكون الكترون به انرژي كل الكترون مي‌باشد. بنابراين تابش گسيل شده را مي‌توان بعنوان باريكه‌اي از پرتوهاي موازي كه از نظرهندسي خيلي شبيه پرتوهاي باريك ليزرهاي مرسوم هستند تلقي كرد.
در ليزر الكترون آزاد الكترونها مقيد به باندهاي انرژي اتمي يا مولكولي (در مقايسه با ليزرهاي معمولي) نيستند. تابش در ليزرهاي الكترون آزاد معمولا بر اساس عبور الكترونها از ميدان مغناطيسي يك آندولاتور يا ويگلر كه باعث مي‌شود الكترونها در فظا يك مسير تناوبي را طي كنند بوجود مي‌آيد.



ساختار نوعي يك ليزر الكترون آزاد

اين نوع ليزر براي مطالعه ساختار نوارهاي انرژي الکترون در نيمه رساناها، تقسيم اشتراکي خطوط طيفي در ميدانها شديد الکتريکي و برانگيزش خطي و غيرخطی فونونها (امواج صوتي کوانتيده) در بلورها استفاده مي‌شود. علاوه بر كاربردهای پژوهشي ليزر الکترون آزاد در زمينه‌هاي مانند پزشکي، مخابرات، رادار وگرم کردن پلاسما قابل استفاده است. كاربردهاي پزشکي اين نوع ليزر به خصوص برای جراحي قابل تاملند. از اين ليزرها مي‌توان هم براي بريدن و هم براي انجام عمل فوتون–جوش (انقعاد از طريق داغ کردن) استفاده کرد. براي بريدن معمولاً نورفروسرخ 3 ميکروني لازم است. اما براي جوش دادن به طول موجهاي ميان صفر تا 5/1 ميکرون نياز است. اساساً ليزر الکترون آزاد را مي توان در حين عمل جراحی بنا به ضرورت روي طول موجهاي کوتاه و بلند تنظيم کرد.
کاربرد بحث انگيز ليزرهاي الکترون آزاد با توان زياد و تپ بلند، در امور نظامي ازجمله در انهدام موشکهاي بالستيک است.

سياري‌زاده
منابع:

  1. سايت اينترنتي hyperphysics
 
بالا