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自由電子激光器
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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為激光介質,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為光子。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,故命名為「自由電子激光器」。
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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(把電子動能轉換為光子能量)。
自由電子激光器發明於1976年,發明者為史丹福大學的約翰·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為24MeV,放大光訊號的聚頻磁鐵長5米。