自由電子レーザー
自由電子レーザー（FEL）は、非常に明るい光のビームを生成するレーザーです。基本的にはスーパーフラッシュライトです。それは、高出力に達することができるコヒーレントな電磁放射からなるビームを放出するなど、従来のレーザーと同じ光学特性を共有しています。FELは、従来のレーザーの動作原理とは大きく異なる動作原理を用いてビームを形成しています。電子が原子に結合した状態で励起されるダイオードレーザーのような気体、液体、または固体レーザーとは異なり、FELは、磁気構造の中を自由に移動する相対論的な電子ビームをレーザース媒体として使用しています。自由電子レーザーは、レーザーの種類の中で最も広い周波数範囲を持ち、現在、マイクロ波からテラヘルツ波、赤外、可視域、紫外、X線までの波長範囲で、広く調整が可能です。
自由電子レーザーは、1976年にジョン・マデイによってスタンフォード大学で発明されました。この研究は、自由電子レーザーの心臓部であるウィグラー磁気構成を用いて、1953年にスタンフォードで最初のアンジュレータを作ったハンス・モッツとその同僚たちの研究を基にしています。マデイは24MeVの電子ビームと5mの長さのウィグラーを使って信号を増幅した。その後すぐに、加速器を持つ他の研究室でもこのようなレーザーの開発が始まった。
自由電子レーザーは、動作時に多くの電気を使用します。その動作を維持するために必要なエネルギーを減らすために、科学者はエネルギー回収型の線形加速器を使用して、レーザーを活性化する高エネルギーの電子ビームを再利用しています。
FOMの自由電子レーザーFELIX (ニューウェハイン)
質問と回答
Q:自由電子レーザーとは何ですか?
A:自由電子レーザ（FEL）は、非常に明るい光線を発生するレーザです。コヒーレントな電磁波を発生し、高出力になるなど、従来のレーザーと同じ光学特性を有しています。ダイオードレーザーのような気体・液体・固体のレーザーが、原子に結合した状態で電子を励起するのに対し、FELは磁性体の中を自由に移動する相対論的な電子ビームをレーザー媒質として用いる。
Q:自由電子レーザーはどのような周波数帯をカバーするのですか?
A:自由電子レーザーは、レーザーの中で最も広い周波数帯域を持ち、広く波長を調整することが可能です。現在、マイクロ波からテラヘルツ波、赤外線、可視光線、紫外線、X線まで幅広い波長帯をカバーしています。
Q:自由電子レーザーは誰が発明したのですか?
A: 自由電子レーザーは、1976年にスタンフォード大学のジョン・メイディによって発明されました。
Q:初期のFELの実験では、何を使って信号を増幅していたのですか?
A:初期のFELの実験では、24MeVの電子ビームと5mのウィグラーを使って信号を増幅していた。
Q:FELの前身となるものを開発したのは誰ですか?
A:1953年にスタンフォード大学でハンス・モッツとその同僚が、自由電子レーザーの心臓部であるウィグラー磁場型を使って、後のFELの前身となるものを開発しました。
Q:FELが動作するときに使う電力はどのくらいですか?
A:自由電子レーザーは、動作時に多くの電力を消費します。
Q:動作に必要なエネルギーを減らすにはどうしたらよいのでしょうか?
A:レーザーを発振させる高エネルギー電子ビームをエネルギー回収型線形加速器で再利用することで、運転に必要なエネルギーを削減することができます。
