Page 64 - Microsoft Word - PHYSIK.doc

Freie-Elektronen-Laser

Schemaskizze des XFEL Freie-Elektronen-Lasers

Ein Freie-Elektronen-Laser (kurz: FEL) ist eine Strahlungsquelle, die Synchrotron-strahlung mit sehr hoher Brillanz erzeugt. Da freie Elektronen kontinuierliche Energie-niveaus besitzen, ist die Wellenlänge des emittierten Lichtes konzeptionell nicht begrenzt. Aufgrund der Kohärenz dieser Strahlung und der Abhängigkeit der Verstärkung von der vorhandenen Photonenanzahl wird der FEL als Laser bezeichnet. Im Gegensatz zu allen anderen Laser besitzt er jedoch kein laseraktives Medium, in dem Besetzungsinversion herrscht. Daher findet auch keine stimulierte Emission statt. Zentrale Komponenten eines FELs sind die Elektronenquelle , in der Regel ein Teilchenbeschleuniger, und ein

Wechselwirkungsbereich , in dem ein Teil der Bewegungsenergie der Elektronen in Photonen umgesetzt wird. Das geschieht gewöhnlich durch ein alternierendes Magnetfeld (Undulator), das die Elektronen zwingt, eine transversale Bewegung durchzuführen, wodurch Synchrotron-strahlung emittiert wird. Die Photonen-erzeugung kann jedoch durch einen Hohlleiter induziert werden, der mit einem Dielektrikum beschichtet ist (Cerenkov-FEL). Im weitesten Sinnen könnten selbst die ersten kohärenten Strahlungsquellen: Traveling-Wave Tubes und Magnetrons als freier Elektronenlaser aufgefasst werden. Im weiteren wird die Funktion eines FELs erläutert, der einen Undulator zur Strahlungserzeugung verwendet.

Aufbau und Funktionsweise

Der schematische Aufbau ist in der obigen Skizze gezeigt. Zunächst muss ein Elektronenstrahl erzeugt werden. Dieser wird dann üblicherweise in einem oder mehreren