Лазер на свободных электронах

Лазер, использующий электронный луч в вакууме в качестве активной среды

Лазер на свободных электронах FELIX Университет Радбауд, Нидерланды.

Лазер на свободных электронах ( ЛСЭ ) — это источник света четвертого поколения, создающий чрезвычайно яркие и короткие импульсы излучения. ЛСЭ функционирует во многом как лазер , но использует релятивистские электроны в качестве среды усиления вместо использования стимулированного излучения от атомных или молекулярных возбуждений. ^{[1] [2]} В ЛСЭ пучок электронов проходит через магнитную структуру, называемую ондулятором или вигглером , для генерации излучения, которое повторно взаимодействует с электронами, заставляя их излучать когерентно, экспоненциально увеличивая его интенсивность.

Поскольку кинетическая энергия электронов и параметры ондулятора могут быть адаптированы по желанию, лазеры на свободных электронах являются настраиваемыми и могут быть построены для более широкого диапазона частот , чем любой другой тип лазера ^{[3] , в настоящее время} диапазон длин волн варьируется от микроволн , через терагерцовое излучение и инфракрасное излучение , до видимого спектра , ультрафиолета и рентгеновских лучей ^[4] .

Схематическое изображение ондулятора , лежащего в основе лазера на свободных электронах.

Первый лазер на свободных электронах был разработан Джоном Мэди в 1971 году в Стэнфордском университете ^[5] с использованием технологии, разработанной Гансом Мотцем и его коллегами, которые построили ондулятор в Стэнфорде в 1953 году, ^{[6] [7]} используя магнитную конфигурацию вигглера . Мэди использовал электронный пучок 43 МэВ ^[8] и вигглер длиной 5 м для усиления сигнала.

Создание луча

Ондулятор ФЕЛИКСА .

Для создания ЛСЭ используется электронная пушка . Пучок электронов генерируется коротким лазерным импульсом, освещающим фотокатод, расположенный внутри микроволновой полости , и ускоряется почти до скорости света в устройстве, называемом фотоинжектором . Пучок далее ускоряется до проектной энергии ускорителем частиц , обычно линейным ускорителем частиц . Затем пучок проходит через периодическое расположение магнитов с чередующимися полюсами поперек пути луча, что создает поперечное магнитное поле . Направление луча называется продольным направлением, в то время как направление поперек пути луча называется поперечным. Этот массив магнитов называется ондулятором или вигглером , потому что сила Лоренца поля заставляет электроны в пучке покачиваться поперечно, перемещаясь по синусоидальной траектории вокруг оси ондулятора.

Поперечное ускорение электронов по этому пути приводит к высвобождению фотонов , которые являются монохроматическими, но все еще некогерентными, поскольку электромагнитные волны от случайно распределенных электронов интерферируют конструктивно и деструктивно во времени. Результирующая мощность излучения линейно масштабируется с числом электронов. Зеркала на каждом конце ондулятора создают оптическую полость , заставляя излучение образовывать стоячие волны , или, в качестве альтернативы, обеспечивается внешний возбуждающий лазер. Излучение становится достаточно сильным, так что поперечное электрическое поле пучка излучения взаимодействует с поперечным электронным током, созданным синусоидальным колебательным движением, заставляя некоторые электроны приобретать, а другие терять энергию в оптическом поле через пондеромоторную силу .

Эта энергетическая модуляция переходит в модуляции электронной плотности (тока) с периодом в одну оптическую длину волны. Электроны, таким образом, продольно сгруппированы в микросгустки , разделенные одной оптической длиной волны вдоль оси. В то время как ондулятор сам по себе заставил бы электроны излучать независимо (некогерентно), излучение, испускаемое сгруппированными электронами, находится в фазе, и поля складываются когерентно .

Интенсивность излучения растет, вызывая дополнительную микрогруппировку электронов, которые продолжают излучать синфазно друг с другом. ^[9] Этот процесс продолжается до тех пор, пока электроны не будут полностью микрогруппированы и излучение не достигнет насыщенной мощности, на несколько порядков превышающей мощность ондуляторного излучения.

Длину волны испускаемого излучения можно легко настроить, регулируя энергию электронного пучка или напряженность магнитного поля ондуляторов.

ЛСЭ — это релятивистские машины. Длина волны испускаемого излучения, , определяется как ^[10] ${\displaystyle \lambda _{r}}$

${\displaystyle \lambda _{r}={\frac {\lambda _{u}}{2\gamma ^{2}}}\left(1+{\frac {K^{2}}{2}}\right)}$

или когда параметр силы вигглера K , обсуждаемый ниже, мал

${\displaystyle \lambda _{r}\propto {\frac {\lambda _{u}}{2\gamma ^{2}}}}$

где — длина волны ондулятора (пространственный период магнитного поля), — релятивистский фактор Лоренца , а коэффициент пропорциональности зависит от геометрии ондулятора и имеет порядок 1. ${\displaystyle \lambda _{u}}$ ${\displaystyle \gamma }$

Эту формулу можно понимать как комбинацию двух релятивистских эффектов. Представьте, что вы сидите на электроне, проходящем через ондулятор. Из-за сокращения Лоренца ондулятор сокращается в раз, и электрон испытывает гораздо более короткую длину волны ондулятора . Однако излучение, испускаемое на этой длине волны, наблюдается в лабораторной системе отсчета, и релятивистский эффект Доплера вносит второй фактор в приведенную выше формулу. В рентгеновском ЛСЭ типичная длина волны ондулятора 1 см преобразуется в рентгеновские длины волн порядка 1 нм за ≈ 2000, т. е. электроны должны двигаться со скоростью 0,9999998 c . ${\displaystyle \gamma }$ ${\displaystyle \lambda _{u}/\gamma }$ ${\displaystyle \gamma }$ ${\displaystyle \gamma }$

Параметр силы Вигглера K

K , безразмерный параметр, определяет силу вигглера как отношение между длиной периода и радиусом изгиба, ^{[ необходима ссылка ]}

${\displaystyle K={\frac {\gamma \lambda _{u}}{2\pi \rho }}={\frac {eB_{0}\lambda _{u}}{2\pi m_{e}c}}}$

где — радиус изгиба, — приложенное магнитное поле, — масса электрона, — элементарный заряд . ${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle B_{0}}$ ${\displaystyle m_{e}}$ ${\displaystyle e}$

Выраженный в практических единицах, безразмерный параметр ондулятора равен . ${\displaystyle K=0.934\cdot B_{0}\,{\text{[T]}}\cdot \lambda _{u}\,{\text{[cm]}}}$

Квантовые эффекты

В большинстве случаев теория классического электромагнетизма адекватно объясняет поведение лазеров на свободных электронах. ^[11] Для достаточно коротких длин волн, возможно, придется учитывать квантовые эффекты отдачи электронов и дробового шума . ^[12]

Строительство

Лазеры на свободных электронах требуют использования ускорителя электронов с соответствующей защитой, поскольку ускоренные электроны могут представлять опасность радиации, если не удерживаются должным образом. Эти ускорители обычно питаются от клистронов , которым требуется источник высокого напряжения. Электронный пучок должен поддерживаться в вакууме , что требует использования многочисленных вакуумных насосов по пути луча. Хотя это оборудование громоздкое и дорогое, лазеры на свободных электронах могут достигать очень высоких пиковых мощностей, а настраиваемость ЛСЭ делает их весьма востребованными во многих дисциплинах, включая химию, определение структуры молекул в биологии, медицинскую диагностику и неразрушающий контроль .

Инфракрасные и терагерцовые ЛСЭ

Институт Фрица Габера в Берлине завершил проект FEL в среднем инфракрасном и терагерцовом диапазонах в 2013 году. ^{[13] [14]}

Рентгеновские ЛСЭ

Отсутствие зеркальных материалов, способных отражать экстремальный ультрафиолет и рентгеновские лучи, означает, что рентгеновские лазеры на свободных электронах (XFEL) должны работать без резонансной полости . Следовательно, в рентгеновском FEL (XFEL) луч создается за один проход излучения через ондулятор . Это требует достаточного усиления за один проход для создания соответствующего луча.

Следовательно, XFEL используют длинные ондуляторные секции длиной в десятки или сотни метров. Это позволяет XFEL производить самые яркие рентгеновские импульсы из всех созданных человеком рентгеновских источников. Интенсивные импульсы рентгеновского лазера основаны на принципе самоусиливающегося спонтанного излучения (SASE), что приводит к микрогруппировке. Первоначально все электроны распределены равномерно и испускают только некогерентное спонтанное излучение. Благодаря взаимодействию этого излучения и колебаний электронов они дрейфуют в микрогруппировки, разделенные расстоянием, равным одной длине волны излучения. Это взаимодействие заставляет все электроны начать испускать когерентное излучение. Испускаемое излучение может прекрасно усиливать себя, при этом гребни и впадины волн оптимально накладываются друг на друга. Это приводит к экспоненциальному увеличению мощности испускаемого излучения, что приводит к высокой интенсивности пучка и свойствам, подобным лазерным. ^[15]

Примерами объектов, работающих по принципу SASE FEL, являются:

• Лазер на свободных электронах в Гамбурге ( FLASH )
• Источник когерентного света линейного ускорителя (LCLS) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC
• Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (EuXFEL) в Гамбурге ^[16]
• Компактный источник SASE SPring-8 (SCSS) в Японии
• SwissFEL в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии
• SACLA в Институте Харима RIKEN в Японии
• PAL-XFEL (Рентгеновский лазер на свободных электронах в лаборатории ускорителей в Пхохане) в Корее

В 2022 году модернизация источника когерентного света линейного ускорителя (LCLS-II) Стэнфордского университета использовала температуру около -271 °C для производства 106 ^{импульсов} /секунду электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, с использованием сверхпроводящих ниобиевых полостей. ^[17]

Посев и самосев

Одной из проблем SASE FEL является отсутствие временной когерентности из-за шумного процесса запуска. Чтобы избежать этого, можно «засеять» FEL с помощью лазера, настроенного на резонанс FEL. Такое временно когерентное зародышевое ядро ​​может быть получено более традиционными способами, такими как генерация высоких гармоник (HHG) с использованием оптического лазерного импульса. Это приводит к когерентному усилению входного сигнала; по сути, качество выходного лазера характеризуется зародышем. Хотя зародыши HHG доступны на длинах волн вплоть до крайнего ультрафиолета, засев на рентгеновских длинах волн невозможен из-за отсутствия обычных рентгеновских лазеров.

В конце 2010 года в Италии в Триестской синхротронной лаборатории начался ввод в эксплуатацию источника FEL с затравкой FERMI@Elettra ^[18] . FERMI@Elettra — это однопроходная пользовательская установка FEL, охватывающая диапазон длин волн от 100 нм (12 эВ) до 10 нм (124 эВ), расположенная рядом с установкой синхротронного излучения третьего поколения ELETTRA в Триесте, Италия.

В 2001 году в Брукхейвенской национальной лаборатории была разработана технология затравки под названием «High-Gain Harmonic-Generation», которая работает на рентгеновской длине волны. ^[19] Технология, которая может быть многоступенчатой ​​в ЛСЭ для достижения все более коротких длин волн, использует продольное смещение излучения относительно электронного сгустка, чтобы избежать ухудшения качества пучка, вызванного предыдущей стадией. Эта продольная ступенчатая генерация вдоль пучка называется «Fresh-Bunch». ^[20] Эта технология была продемонстрирована на рентгеновской длине волны ^{[21] [22]} в Триестской синхротронной лаборатории .

Похожий подход к ступенчатости, названный «Fresh-Slice», был продемонстрирован в Институте Пауля Шеррера , также на рентгеновских длинах волн. В Fresh Slice короткий рентгеновский импульс, полученный на первом этапе, перемещается в свежую часть электронного пучка путем поперечного наклона пучка. ^[23]

В 2012 году ученые, работающие над LCLS, нашли альтернативное решение ограничения затравки для длин волн рентгеновского излучения путем самозатравки лазера его собственным лучом после фильтрации через алмазный монохроматор . Полученная интенсивность и монохроматичность луча были беспрецедентными и позволили проводить новые эксперименты, включающие манипулирование атомами и визуализацию молекул. Другие лаборатории по всему миру внедряют эту технику в свое оборудование. ^{[24] [25]}

Исследовать

Биомедицинский

Фундаментальные исследования

Исследователи изучили рентгеновские лазеры на свободных электронах в качестве альтернативы источникам синхротронного света, которые были «рабочими лошадками» кристаллографии белков и клеточной биологии . ^[26]

Исключительно яркие и быстрые рентгеновские лучи могут визуализировать белки с помощью рентгеновской кристаллографии . Эта техника позволяет впервые визуализировать белки, которые не укладываются таким образом, который позволяет визуализировать обычными методами, 25% от общего числа белков. Разрешение 0,8 нм было достигнуто при длительности импульса 30 фемтосекунд . Чтобы получить четкое изображение, требуется разрешение 0,1–0,3 нм. Короткие длительности импульсов позволяют регистрировать изображения рентгеновских дифракционных картин до того, как молекулы будут разрушены. ^[27] Яркие, быстрые рентгеновские лучи были получены на источнике когерентного света Linac в SLAC. По состоянию на 2014 год LCLS был самым мощным в мире рентгеновским FEL. ^[28]

Из-за возросшей частоты повторения рентгеновских источников FEL следующего поколения, таких как European XFEL , ожидается, что ожидаемое количество дифракционных картин также существенно увеличится. ^[29] Увеличение количества дифракционных картин создаст большую нагрузку на существующие методы анализа. Чтобы бороться с этим, было исследовано несколько методов сортировки огромного количества данных, которые будут генерироваться в типичных экспериментах с рентгеновскими FEL. ^{[30] [31]} Хотя различные методы показали свою эффективность, очевидно, что для того, чтобы проложить путь к одночастичной рентгеновской FEL-визуализации с полной частотой повторения, необходимо преодолеть несколько проблем, прежде чем будет достигнута следующая революция в разрешении. ^{[32] [33]}

Новые биомаркеры метаболических заболеваний: используя селективность и чувствительность при сочетании инфракрасной ионной спектроскопии и масс-спектрометрии, ученые могут предоставить структурный отпечаток малых молекул в биологических образцах, таких как кровь или моча. Эта новая и уникальная методология создает захватывающие новые возможности для лучшего понимания метаболических заболеваний и разработки новых диагностических и терапевтических стратегий.

Операция

Исследования Гленна Эдвардса и его коллег в Центре FEL Университета Вандербильта в 1994 году показали, что мягкие ткани, включая кожу, роговицу и мозговую ткань, можно разрезать или удалить , используя инфракрасные длины волн FEL около 6,45 микрометров с минимальным сопутствующим повреждением прилегающих тканей. ^{[34] [35]} Это привело к проведению операций на людях, впервые в истории с использованием лазера на свободных электронах. Начиная с 1999 года Коупленд и Конрад провели три операции, в ходе которых они резецировали менингиомные опухоли мозга . ^[36] Начиная с 2000 года Джус и Моун провели пять операций, в ходе которых вырезали окно в оболочке зрительного нерва , чтобы проверить эффективность фенестрации оболочки зрительного нерва . [ ^37] Эти восемь операций дали результаты, соответствующие стандарту лечения и с дополнительным преимуществом минимального сопутствующего повреждения. Обзор FEL для медицинского использования приведен в 1-м издании Tunable Laser Applications. ^[38]

Удаление жира

Было создано несколько небольших клинических лазеров, настраиваемых в диапазоне от 6 до 7 микрометров, со структурой импульса и энергией, которые обеспечивают минимальный сопутствующий ущерб мягким тканям. ^{[ необходима ссылка ]} В Вандербильте существует система Рамана со смещением, накачиваемая александритовым лазером. ^[39]

Рокс Андерсон предложил медицинское применение лазера на свободных электронах для плавления жиров без повреждения вышележащей кожи. ^[40] На инфракрасных длинах волн вода в тканях нагревалась лазером, но на длинах волн, соответствующих 915, 1210 и 1720 нм , подповерхностные липиды нагревались сильнее, чем вода. Возможные применения этого селективного фототермолиза (нагрева тканей с помощью света) включают селективное разрушение липидов кожного сала для лечения акне , а также нацеливание на другие липиды, связанные с целлюлитом и жиром тела, а также жировые бляшки, которые образуются в артериях, что может помочь в лечении атеросклероза и заболеваний сердца . ^[41]

Военный

Технология FEL оценивается ВМС США в качестве кандидата на противовоздушное и противоракетное оружие направленной энергии . FEL Национального ускорительного комплекса имени Томаса Джефферсона продемонстрировал выходную мощность более 14 кВт. ^[42] Компактное оружие FEL класса мультимегаватт находится в стадии исследования. ^[43] 9 июня 2009 года Управление военно-морских исследований объявило, что заключило с Raytheon контракт на разработку экспериментального FEL мощностью 100 кВт. ^[44] 18 марта 2010 года Boeing Directed Energy Systems объявила о завершении первоначального проекта для использования ВМС США. ^[45] Был продемонстрирован прототип системы FEL, а к 2018 году запланирован прототип на полную мощность. ^[46]

Лауреаты премии FEL

Премия FEL присуждается человеку, внесшему значительный вклад в развитие области лазеров на свободных электронах. Кроме того, она дает международному сообществу FEL возможность признать выдающиеся достижения своих членов. Лауреаты премии объявляются на конференции FEL, которая в настоящее время проводится каждые два года.

• 1988 Джон Мэйди
• 1989 Уильям Колсон
• 1990 Тодд Смит и Луис Элиас
• 1991 Филлип Спрэнгл и Николай Винокуров
• 1992 Роберт Филлипс
• 1993 Роджер Уоррен
• 1994 Альберто Реньери и Джузеппе Даттоли
• 1995 Ричард Пантелл и Джордж Бекефи
• 1996 Чарльз Брау
• 1997 Кван-Дже Ким
• 1998 Джон Уолш
• 1999 Клаудио Пеллегрини
• 2000 Стивен В. Бенсон, Эйсуке Дж. Минехара и Джордж Р. Нил
• 2001 Мишель Биллардон, Мари-Эммануэль Купри и Жан-Мишель Ортега
• 2002 Х. Алан Шветтман и Александр Ф.Г. ван дер Меер
• 2003 Ли-Хуа Юй
• 2004 Владимир Литвиненко и Хироюки Хама
• 2005 Авраам (Ави) Губернатор
• 2006 Евгений Салдин и Йорг Россбах
• 2007 Илан Бен-Цви и Джеймс Розенцвейг
• 2008 Сэмюэл Крински
• 2009 Дэвид Дауэлл и Пол Эмма
• 2010 Свен Райхе
• 2011 Цумору Шинтаке
• 2012 Джон Галайда
• 2013 Лука Джаннесси и Ён Ук Чон
• 2014 Чжижун Хуан и Уильям Фоули
• 2015 Михаил Юрков и Евгений Шнейдмиллер
• 2017 Брюс Карлстен , Динь Нгуен и Ричард Шеффилд
• 2019 Энрико Аллария, Геннадий Ступаков и Алекс Лампкин
• 2022 Брайан Макнил и Ин Ву
• 2024 Тору Хара, Хитоши Танака и Такаши Танака

Премия FEL для молодых ученых

Премия FEL для молодых ученых (или «Премия FEL для молодых исследователей») присуждается лицам, которым на момент проведения конференции FEL не исполнилось 37 лет, внесшим выдающийся вклад в науку и технологии FEL. ^[47]

• 2008 Михаэль Рёрс
• 2009 Павел Евтушенко
• 2010 Гийом Ламбер
• 2011 Мари Лаба
• 2012 Дэниел Ф. Ратнер
• 2013 Дао Сян
• 2014 Эрик Хемсинг
• 2015 Агостино Маринелли и Хайсяо Дэн
• 2017 Эухенио Феррари и Элеонора Руссель
• 2019 Джо Дурис и Чао Фэн
• 2022 Чжэнь Чжан, Цзявэй Ян и Свитозар Серкез
• 2024 Филипп Дейкстал

Смотрите также

• Тормозное излучение
• Циклотронное излучение
• Электронный след
• Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах
• Гиротрон
• Международный линейный коллайдер
• Лазерные аббревиатуры
• Эффект Смита-Перселла
• Синхротронное излучение

Ссылки

1. Маргаритондо, Г.; Реберник Рибич, П. (2011-03-01). «Упрощенное описание рентгеновских лазеров на свободных электронах». Журнал синхротронного излучения . 18 (2): 101–108. Bibcode : 2011JSynR..18..101M. doi : 10.1107/S090904951004896X . ISSN  0909-0495. PMC 3042323.  PMID 21335894  .
2. Хуан, З.; Ким, К. Дж. (2007). "Обзор теории рентгеновского лазера на свободных электронах" (PDF) . Physical Review Специальные темы: ускорители и пучки . 10 (3): 034801. Bibcode :2007PhRvS..10c4801H. doi : 10.1103/PhysRevSTAB.10.034801 .
3. FJ Duarte (ред.), Справочник по перестраиваемым лазерам (Academic, Нью-Йорк, 1995) Глава 9.
4. "Новая эра исследований начинается с первого в мире жесткого рентгеновского лазера, дающего "первый свет"". Национальная ускорительная лаборатория SLAC. 21 апреля 2009 г. Получено 06.11.2013 .
5. C. Pellegrini, История рентгеновских лазеров на свободных электронах, The European Physical Journal H , октябрь 2012 г., том 37, выпуск 5, стр. 659–708. http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/slac-pub-15120.pdf
6. Motz, Hans (1951). "Применение излучения быстрых электронных пучков". Журнал прикладной физики . 22 (5): 527–535. Bibcode : 1951JAP....22..527M. doi : 10.1063/1.1700002.
7. Motz, H.; Thon, W.; Whitehurst, RN (1953). «Эксперименты по излучению с помощью быстрых электронных пучков». Журнал прикладной физики . 24 (7): 826. Bibcode : 1953JAP....24..826M. doi : 10.1063/1.1721389.
8. Deacon, DAG; Elias, LR; Madey, JMJ; Ramian, GJ; Schwettman, HA; Smith, TI (1977). «Первая операция лазера на свободных электронах». Physical Review Letters . 38 (16). Prl.aps.org: 892–894. Bibcode : 1977PhRvL..38..892D. doi : 10.1103/PhysRevLett.38.892 .
9. Feldhaus, J.; Arthur, J.; Hastings, JB (2005). "Рентгеновские лазеры на свободных электронах". Journal of Physics B. 38 ( 9): S799. Bibcode : 2005JPhB...38S.799F. doi : 10.1088/0953-4075/38/9/023. S2CID  14043530.
10. Хуан, З.; Ким, К.-Дж. (2007). "Обзор теории рентгеновского лазера на свободных электронах". Physical Review Специальные темы: ускорители и пучки . 10 (3): 034801. Bibcode :2007PhRvS..10c4801H. doi : 10.1103/PhysRevSTAB.10.034801 .
11. Fain, B.; Milonni, PW (1987). "Классическое стимулированное излучение". Журнал оптического общества Америки B. 4 ( 1): 78. Bibcode : 1987JOSAB...4...78F. doi : 10.1364/JOSAB.4.000078.
12. Бенсон, С.; Мадей, Дж. М. Дж. (1984). «Квантовые флуктуации в лазерах на свободных электронах в диапазоне XUV». Труды конференции AIP . Том 118. С. 173–182. doi :10.1063/1.34633.
13. Шёллькопф, Виланд; Гевиннер, Сэнди; Юнкес, Хайнц; Паарманн, Александр; фон Хельден, Герт; Блюм, Ханс П.; Тодд, Алан ММ (201). Бедрон, Сандра Дж. (ред.). «Новая установка ИК и ТГц ЛСЭ в Институте Фрица Габера в Берлине». Достижения в области приборостроения рентгеновских лазеров на свободных электронах III . 9512 . Международное общество оптики и фотоники: 95121L. Бибкод : 2015SPIE.9512E..1LS. дои : 10.1117/12.2182284. hdl : 11858/00-001M-0000-0027-13DB-1 . S2CID  55435812.
14. "Установка лазера на свободных электронах (ЛСЭ) FHI". Институт Фрица Габера Общества Макса Планка . Получено 04.05.2020 .
15. "Информационные веб-страницы XFEL" . Получено 21.12.2007 .
16. Doerr, Allison (ноябрь 2018 г.). "Высокоскоростная кристаллография белков". Nature Methods . 15 (11): 855. doi : 10.1038/s41592-018-0205-x . PMID  30377367.
17. Ирвинг, Майкл (2022-05-11). «Самый мощный в мире рентгеновский лазер теперь выпускает миллион импульсов в секунду». Новый Атлас . Получено 2022-05-16 .
18. "FERMI HomePage". Elettra.trieste.it. 2013-10-24 . Получено 2014-02-17 .
19. Дойуран, А. и др., Характеристика лазера на свободных электронах с генерацией гармоник с высоким коэффициентом усиления при насыщении. Phys Rev Lett, 2001. 86(26): стр. 5902-5905.70.
20. I. Ben-Zvi, KM Yang и LH Yu, Метод «свежего пучка» в ЛСЭ, Ядерные приборы и методы в физических исследованиях A318, 726 (1992)
21. S. Di Mitri и др., Двухступенчатый FEL с затравкой и техникой впрыска свежего пучка в FERMI@ELETTRA, Труды IPAC2013, Шанхай, Китай, ISBN 978-3-95450-122-9 стр. 1185-1186
22. F. Sottocorona, et al., Phys. Rev. Accel. Beams 26 , 090702 – Опубликовано 12 сентября 2023 г.
23. Гуанлей Ван и др., Миллиджоульные фемтосекундные рентгеновские импульсы от эффективного многокаскадного лазера на свободных электронах со свежим срезом, Physical Review Letters 132 , 035002 (2024)
24. Amann, J.; Berg, W.; Blank, V.; Decker, F. -J.; Ding, Y.; Emma, ​​P.; Feng, Y.; Frisch, J.; Fritz, D.; Hastings, J.; Huang, Z.; Krzywinski, J.; Lindberg, R.; Loos, H.; Lutman, A.; Nuhn, H. -D.; Ratner, D.; Rzepiela, J.; Shu, D.; Shvyd'ko, Y.; Spampinati, S.; Stoupin, S.; Terentyev, S.; Trakhtenberg, E.; Walz, D.; Welch, J.; Wu, J.; Zholents, A.; Zhu, D. (2012). "Демонстрация самозасева в жестком рентгеновском лазере на свободных электронах". Nature Photonics . 6 (10): 693. Бибкод : 2012NaPho...6..693A. doi : 10.1038/nphoton.2012.180. S2CID  122939995.
25. ""Самозасев" обещает ускорить открытия и добавить новые научные возможности". Национальная ускорительная лаборатория SLAC. 13 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 г. Получено 2013-11-06 .
26. Normile, Dennis (2017). «Уникальная лаборатория лазера на свободных электронах открывается в Китае». Science . 355 (6322): 235. Bibcode :2017Sci...355..235N. doi :10.1126/science.355.6322.235. PMID  28104847.
27. Чепмен, Генри Н.; Кейлман, Карл; Тимнеану, Никусор (2014-07-17). «Дифракция перед разрушением». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 369 (1647): 20130313. doi :10.1098/rstb.2013.0313. PMC 4052855. PMID  24914146 . 
28. Франк, Маттиас; Карлсон, Дэвид Б.; Хантер, Марк С.; Уильямс, Гарт Дж.; Мессершмидт, Марк; Зацепин, Надя А.; Барти, Антон; Беннер, В. Генри; Чу, Кайцинь; Граф, Александр Т.; Хау-Риж, Стефан П.; Кириан, Ричард А.; Падесте, Челестино; Пардини, Томмазо; Педрини, Билл; Сегельке, Брент; Зайберт, М. Марвин; Спенс, Джон К. Х.; Цай, Чинг-Джу; Лейн, Стивен М.; Ли, Сяо-Дан; Шертлер, Гебхард; Буте, Себастьен; Коулман, Мэтью; Эванс, Джеймс Э. (2014). «Сверхъяркие, быстрые рентгеновские лазеры на свободных электронах теперь могут отображать один слой белков». IUCrJ . 1 (2): 95–100. doi :10.1107/S2052252514001444. PMC 4062087 . PMID  25075325 . Получено 2014-02-17 . 
29. "Факты и цифры". www.xfel.eu . Получено 2020-11-15 .
30. Бобков, СА; Теслюк, АБ; Курта, РП; Горобцов, О. Ю; Ефанов, ОМ; Ильин, ВА; Сенин, РА; Вартаньянц, ИА (2015-11-01). "Алгоритмы сортировки для экспериментов по получению одночастичных изображений на рентгеновских лазерах на свободных электронах". Журнал синхротронного излучения . 22 (6): 1345–1352. Bibcode : 2015JSynR..22.1345B. doi : 10.1107/S1600577515017348. ISSN  1600-5775. PMID  26524297.
31. Юн, Чун Хонг; Швандер, Питер; Абергель, Шанталь; Андерссон, Ингер; Андреассон, Якоб; Акила, Эндрю; Байт, Саша; Бартельмесс, Мириам; Барти, Антон; Боган, Майкл Дж.; Бостедт, Кристоф (15.08.2011). «Неконтролируемая классификация снимков рентгеновской дифракции отдельных частиц с помощью спектральной кластеризации». Optics Express . 19 (17): 16542–16549. Bibcode : 2011OExpr..1916542Y. doi : 10.1364/OE.19.016542 . ISSN  1094-4087. PMID  21935018.
32. Kuhlbrandt, W. (28.03.2014). «Революция разрешений». Science . 343 (6178): 1443–1444. Bibcode :2014Sci...343.1443K. doi :10.1126/science.1251652. ISSN  0036-8075. PMID  24675944. S2CID  35524447.
33. Соболев, Егор; Золотарев, Сергей; Гивекемейер, Клаус; Белецкий, Йохан; Окамото, Кента; Редди, Хемант КН; Андреассон, Якоб; Айер, Картик; Барак, Имрих; Бари, Садия; Барти, Антон (2020-05-29). "Megahertz single-particle imaging at the European XFEL". Communications Physics . 3 (1): 97. arXiv : 1912.10796 . Bibcode :2020CmPhy...3...97S. doi : 10.1038/s42005-020-0362-y . ISSN  2399-3650.
34. Эдвардс, Г.; Логан, Р.; Коупленд, М.; Рейниш, Л.; Дэвидсон, Дж.; Джонсон, Б.; МакИунас, Р.; Менденхолл, М.; Оссофф, Р.; Триббл, Дж.; Веркхавен, Дж.; О'Дэй, Д. (1994). «Аблация тканей лазером на свободных электронах, настроенным на полосу амида II». Nature . 371 (6496): 416–9. Bibcode :1994Natur.371..416E. doi :10.1038/371416a0. PMID  8090220. S2CID  4352100.
35. "Лазерный свет от лазера на свободных электронах впервые использован в хирургии человека". Архивировано из оригинала 2012-10-06 . Получено 2010-11-06 .
36. Гленн С. Эдвардс и др., Rev. Sci. Инструмент. 74 (2003) 3207
37. MacKanos, MA; Joos, KM; Kozub, JA; Jansen, ED (2005). «Аблация роговицы с использованием импульсного растянутого лазера на свободных электронах». В Manns, Fabrice; Soederberg, Per G; Ho, Arthur; Stuck, Bruce E; Belkin, Michael (ред.). Ophthalmic Technologies XV . Vol. 5688. p. 177. doi :10.1117/12.596603. S2CID  137024558.
38. FJ Duarte (12 декабря 2010 г.). "6". Tunable Laser Applications, второе издание . CRC Press. ISBN 978-1-4200-6058-4.
39. Jayasinghe, Aroshan; Ivanov, Борислав; Hutson, M. Shane (2009-03-18). "Эффективность и динамика факела для лазерной абляции роговицы в среднем ИК-диапазоне". APS March Meeting Abstracts : T27.006. Bibcode :2009APS..MART27006J . Получено 2010-11-06 .
40. "BBC health". BBC News . 2006-04-10 . Получено 2007-12-21 .
41. "Лечение доктора Рокса Андерсона" . Получено 21.12.2007 .
42. "Jefferson Lab FEL". Архивировано из оригинала 2006-10-16 . Получено 2009-06-08 .
43. Уитни, Рой; Дуглас, Дэвид; Нил, Джордж (март 2005 г.). Вуд, Гэри Л. (ред.). «Лазер на свободных электронах мегаваттного класса для обороны и безопасности». Технология лазерных источников и систем для обороны и безопасности . 5792 : 109. Bibcode : 2005SPIE.5792..109W. doi : 10.1117/12.603906. OSTI  841301. S2CID  111883401.
44. "Raytheon получила контракт на программу лазера на свободных электронах Управления военно-морских исследований". Архивировано из оригинала 2009-02-11 . Получено 2009-06-12 .
45. "Boeing завершила предварительный проект системы лазерного оружия на свободных электронах" . Получено 29.03.2010 .
46. «Прорывной лазер может произвести революцию в вооружении ВМС». Fox News. 2011-01-20 . Получено 22-01-2011 .
47. "Процесс номинации на премию FEL 2024" . Получено 25 августа 2024 г. .

Дальнейшее чтение

• Мадей, Джон М.Дж. (1971). «Вынужденное излучение тормозного излучения в периодическом магнитном поле». Журнал прикладной физики . 42 (5): 1906–1913. Bibcode : 1971JAP....42.1906M. doi : 10.1063/1.1660466.
• Мэди, Джон, Вынужденное излучение в периодически отклоняемом электронном пучке, Патент США 38 22 410, 1974
• Boscolo, I.; Brautti, G.; Clauser, T.; Stagno, V. (1979). «Лазеры и мазеры на свободных электронах на криволинейных путях». Applied Physics . 19 (1): 47–51. Bibcode : 1979ApPhy..19...47B. doi : 10.1007/BF00900537. S2CID  121093465.
• Deacon, DAG; Elias, LR; Madey, JMJ; Ramian, GJ; Schwettman, HA; Smith, TI (1977). «Первая операция лазера на свободных электронах». Physical Review Letters . 38 (16): 892–894. Bibcode :1977PhRvL..38..892D. doi : 10.1103/physrevlett.38.892 .
• Elias, Luis R.; Fairbank, William M.; Madey, John MJ; Schwettman, H. Alan; Smith, Todd I. (1976). «Наблюдение вынужденного излучения релятивистских электронов в пространственно-периодическом поперечном магнитном поле». Physical Review Letters . 36 (13): 717–720. Bibcode :1976PhRvL..36..717E. doi : 10.1103/physrevlett.36.717 .
• Говер, Авраам; Ливни, Зохар (1978). «Режимы работы лазеров на свободных электронах Черенкова-Смита-Перселла и усилителей TW». Optics Communications . 26 (3): 375–380. Bibcode : 1978OptCo..26..375G. doi : 10.1016/0030-4018(78)90226-2.
• Говер, А.; Ярив, А. (1978). «Коллективные и одноэлектронные взаимодействия электронных пучков с электромагнитными волнами и лазеры на свободных электронах». Прикладная физика . 16 (2): 121–138. Bibcode :1978ApPhy..16..121G. doi :10.1007/bf00930376. S2CID  18497302.
• « Программа FEL в лаборатории Джефферсона » Программа по лазеру на свободных электронах в лаборатории Джефферсона
• Brau, CA (1988). «Лазеры на свободных электронах». Science . 239 (4844): 1115–1121. Bibcode :1988Sci...239.1115B. doi :10.1126/science.239.4844.1115. PMID  17791971. S2CID  45638507.
• Паоло Лукини, Ганс Моц, Ондуляторы и лазеры на свободных электронах , Oxford University Press, 1990.

Внешние ссылки

• Глава, посвященная XFEL, включена в веб-сайт для изучения кристаллографии CSIC
• Lightsources.org
• LCLS — линейный когерентный источник света, первый в мире жесткий рентгеновский FEL в Национальной ускорительной лаборатории SLAC
• FERMI, новый FEL на синхротроне ELETTRA в Триесте
• Открытая книга по лазеру на свободных электронах (издательство National Academies Press), архив 2008-07-19 в Wayback Machine
• Виртуальная библиотека World Wide Web: исследования и применение лазеров на свободных электронах
• Европейский рентгеновский рентгеновский лазер
• PSI SwissFEL
• Источник SASE SPring-8 Compact
• PAL-XFEL, Южная Корея
• Система транспортировки электронного пучка и диагностика дрезденского ЛСЭ
• Лазер на свободных электронах для инфракрасных экспериментов FELIX
• Центр лазеров на свободных электронах имени В. М. Кека
• Программа по лазеру на свободных электронах в лаборатории Джефферсона
• Лазеры на свободных электронах: следующее поколение. Автор: Давиде Кастельвекки, New Scientist , 21 января 2006 г.
• Воздушный лазер на свободных электронах мегаваттного класса для обороны и безопасности
• Проект лазера на свободных электронах FERMI@Elettra
• Центр науки о лазерах на свободных электронах (CFEL)
• Лаборатория FELIX, лазеры на свободных электронах в Неймегене, Нидерланды