لیزر الکترون آزاد (Free-Electron Laser)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر الکترون آزاد (Free-Electron Laser) :
Free-Electron Laser (FEL) یک نوع لیزر بسیار متفاوت از لیزرهای معمولی (گازی، جامد، نیمه هادی) است. در FEL، محیط فعال یک باریکه الکترون های آزاد (نه اتم ها یا مولکول های مقید) است که با سرعت نزدیک به نور در یک شتاب دهنده حرکت می کنند. این باریکه از یک آرایه مغناطیسی دوره ای به نام وِیگلر (wiggler) یا آندولاتور (undulator) عبور می کند. میدان مغناطیسی متناوب ویگلر باعث نوسان الکترون ها در مسیری موج گونه می شود. این نوسان باعث گسیل تابش می شود و با برهمکنش بین الکترون ها و تابش، تقویت همدوس رخ می دهد.
مکانیزم: الکترون ها در ویگلر به نوسان درمی آیند و تابش گسیل می کنند. این تابش با الکترون های عقب تر برهمکنش می کند. اگر فاز الکترون ها با فاز موج نوری هماهنگ باشد، الکترون ها انرژی خود را به موج منتقل کرده و آن را تقویت می کنند. در نتیجه، یک پرتو لیزر با طول موج قابل تنظیم (با تغییر انرژی الکترون ها یا دوره تناوب ویگلر) تولید می شود. طول موج FEL می تواند از مایکروویو تا پرتو ایکس (از میلی متر تا زیر نانومتر) متغیر باشد. بازده FEL می تواند بالا باشد (تا چند ده درصد).
مهم ترین ویژگی FEL قابلیت تنظیم وسیع طول موج آن است. یک دستگاه می تواند طیف وسیعی از طول موج ها را با توان بالا پوشش دهد. FELها توان پیک و متوسط بسیار بالایی (تا مگاوات) تولید می کنند. آنها در تحقیقات علمی در زمینه های مختلف استفاده می شوند: فیزیک ماده چگال (طیف سنجی مواد، مطالعه دینامیک الکترون ها)، زیست شناسی (تصویربرداری از ماکرومولکول ها)، شیمی (مطالعه واکنش ها)، پزشکی (جراحی و تصویربرداری)، و حتی در مطالعات دفاعی.
چالش های اصلی FEL: اندازه بسیار بزرگ و هزینه بالای ساخت و نگهداری (نیاز به شتاب دهنده های بزرگ و محافظسازی در برابر تشعشع). تعداد کمی از تأسیسات FEL در جهان وجود دارند (مانند FLASH در آلمان، LCLS در آمریکا، SACLA در ژاپن) که به عنوان کاربری های ملی و بین المللی عمل می کنند. FELها به دلیل قابلیت های بی نظیرشان، یکی از پیشرفته ترین ابزارهای تحقیقاتی هستند.
