لیزر الکترون آزاد با طول موج کوتاه (Short Wavelength FEL)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر الکترون آزاد با طول موج کوتاه (Short Wavelength FEL) :
Short Wavelength FEL به لیزرهای الکترون آزاد (FEL) اطلاق می شود که در محدوده طول موج کوتاه، یعنی فرابنفش خلاء (VUV) و پرتو ایکس نرم و سخت (X-ray) کار می کنند. این لیزرها پیشرفته ترین و پیچیده ترین نوع FEL هستند و برای دستیابی به طول موج های کوتاه، به انرژی الکترونی بسیار بالا (چند GeV) و آندولاتورهای بلند و دقیق نیاز دارند. مهم ترین نمونه ها، تأسیسات بزرگی مانند FLASH (در آلمان، VUV تا X-ray نرم)، LCLS (در آمریکا، X-ray سخت)، SACLA (در ژاپن، X-ray سخت) و European XFEL (در آلمان، X-ray سخت) هستند.
مکانیزم: این FELها تقریبا همگی بر اساس رژیم SASE (Self-Amplified Spontaneous Emission) کار می کنند. یک شتاب دهنده خطی (Linac) با فناوری های پیشرفته (معمولا فوق رسانا برای افزایش طول پالس و کاهش مصرف انرژی) یک باریکه الکترونی با انرژی بسیار بالا (چندین GeV) و کیفیت فوق العاده بالا (امیتانس کم، پهنای انرژی کم) تولید می کند. این باریکه از یک آندولاتور بسیار طولانی (چند صد متر) عبور می کند. برهمکنش باریکه با میدان تابشی خودبه خودی منجر به خوشه بندی (microbunching) الکترون ها و رشد نمایی توان تابش تا رسیدن به اشباع می شود. برای دستیابی به طول موج های بسیار کوتاه (زیر ۰٫۱ نانومتر)، به انرژی های بالاتر و آندولاتورهای با دوره تناوب کوتاه تر نیاز است.
کاربردهای Short Wavelength FEL در بسیاری از علوم انقلابی ایجاد کرده است: زیست شناسی ساختاری (تعیین ساختار پروتئین ها و کمپلکس های مولکولی بدون نیاز به بلورهای بزرگ، با استفاده از بلورشناسی سریالی - Serial Crystallography)، تصویربرداری با وضوح نانو (میکروسکوپ پرتو ایکس با لنزهای فِرِسْنِل)، طیف سنجی فوتوالکترون با تفکیک زمانی (مطالعه دینامیک الکترون ها در مواد و سطوح)، مطالعه ماده در شرایط شدید (فشار و دمای بالا مانند داخل سیارات)، و فیزیک پلاسما.
چالش های اصلی: اندازه عظیم (طول تأسیسات می تواند به چند کیلومتر برسد)، هزینه ساخت و نگهداری میلیاردها دلاری، و نیاز به تیم های بزرگ علمی و فنی. با وجود این، این تأسیسات به عنوان "ابر میکروسکوپ های" نسل بعدی، مرزهای دانش را در مقیاس اتمی و زمانی فوق سریع جابجا می کنند.
