Лазер на свободных электронах

Лазер на свободных электронах Университет FELIX Radboud, Нидерланды.

Лазер на свободных электронах ( ЛСЭ ) является (четвертое поколение) синхротронного источника света производит чрезвычайно яркие и короткие импульсы синхротронного излучения. ЛСЭ функционирует и ведет себя во многом как лазер , но вместо использования вынужденного излучения от атомных или молекулярных возбуждений он использует релятивистские электроны в качестве усиливающей среды . ^[1]^[2] Синхротронное излучение генерируется, когда сгусток электронов проходит через магнитную структуру (называемую ондулятором или вигглером).). В ЛСЭ это излучение дополнительно усиливается, так как синхротронное излучение повторно взаимодействует с электронным сгустком, так что электроны начинают излучать когерентно, что позволяет экспоненциально увеличивать общую интенсивность излучения.

Как кинетическая энергия электронов и ондулятор параметры могут быть адаптированы по желанию, лазеры на свободных электронах являются перестраиваемыми и могут быть построены для более широкого частотного диапазона , чем любой типа лазера, ^[3] В настоящее время в диапазоне длинами волн от микроволн , через терагерцовое излучение и инфракрасное , до видимого спектра , ультрафиолета и рентгеновских лучей . ^[4]

Схематическое изображение ондулятора в центре лазера на свободных электронах.

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

Создание балки [ править ]

Ондулятор FELIX .

Чтобы создать ЛСЭ, пучок электронов ускоряется почти до скорости света . Луч проходит через периодическое расположение магнитов с чередующимися полюсами на пути луча, что создает поперечное магнитное поле . Направление луча называется продольным направлением, а направление поперек пути луча - поперечным. Этот массив магнитов называется ондулятором или вигглером , потому что сила Лоренца поля заставляет электроны в пучке покачиваться в поперечном направлении, перемещаясь по синусоидальному пути вокруг оси ондулятора.

Поперечное ускорение электронов на этом пути приводит к высвобождению фотонов ( синхротронное излучение ), которые являются монохроматическими, но все же некогерентными, потому что электромагнитные волны от случайно распределенных электронов конструктивно и деструктивно интерферируют во времени. Результирующая мощность излучения линейно масштабируется с количеством электронов. Зеркала на каждом конце ондулятора создают оптический резонатор , заставляя излучение формировать стоячие волны , или, в качестве альтернативы, используется лазер с внешним возбуждением. Синхротронное излучение становится настолько сильным, что поперечное электрическое полелуча излучения взаимодействует с поперечным электронным током, создаваемым синусоидальным колебательным движением, в результате чего одни электроны получают, а другие теряют энергию в оптическом поле за счет пондеромоторной силы .

Эта модуляция энергии превращается в модуляцию электронной плотности (тока) с периодом в одну оптическую длину волны. Таким образом, электроны сгруппированы в продольном направлении в микрогруппировки , разделенные одной длиной оптической волны вдоль оси. В то время как ондулятор сам по себе может заставить электроны излучать независимо (некогерентно), излучение, испускаемое сгруппированными электронами, находится в фазе, и поля когерентно складываются .

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

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

ЛСЭ - 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}} \верно)}

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 константа пропорциональности зависит от геометрии ондулятора и имеет порядок 1. ${\ displaystyle \ lambda _ {u}}$ ${\ displaystyle \ gamma}$

Эта формула может быть понята как комбинация двух релятивистских эффектов. Представьте, что вы сидите на электроне, проходящем через ондулятор. Из-за лоренцевского сжатия ондулятор укорачивается в несколько 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 привносит второй фактор в приведенную выше формулу. В рентгеновском ЛСЭ типичная длина волны ондулятора 1 см преобразуется в длины волн рентгеновского излучения порядка 1 нм на ≈ 2000, то есть электроны должны двигаться со скоростью 0,9999998 с . ${\ displaystyle \ gamma}$ ${\ displaystyle \ lambda _ {u} / \ gamma}$ ${\ displaystyle \ gamma}$ ${\ displaystyle \ gamma}$

Параметр силы вигглера K [ править ]

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

{\ 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 . ${\ displaystyle \ rho}$ ${\ displaystyle B_ {0}}$ ${\ displaystyle m_ {e}}$ ${\ displaystyle e}$

В практических единицах измерения безразмерный параметр ондулятора равен . ${\ Displaystyle К = 0,934 \ cdot B_ {0} \, {\ text {[T]}} \ cdot \ lambda _ {u} \, {\ text {[см]}}}$

Квантовые эффекты [ править ]

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 FEL [ править ]

Для лазеров на свободных электронах требуется использование ускорителя электронов с соответствующей защитой, поскольку ускоренные электроны могут представлять радиационную опасность, если их не удерживать должным образом. Эти ускорители обычно питаются от клистронов , которые требуют высокого напряжения. Электронный пучок необходимо поддерживать в вакууме , что требует использования многочисленных вакуумных насосов на пути пучка. Хотя это оборудование громоздко и дорого, лазеры на свободных электронах могут достигать очень высоких пиковых мощностей, а возможность настройки ЛСЭ делает их весьма востребованными во многих дисциплинах, включая химию, определение структуры молекул в биологии, медицинскую диагностику и неразрушающий контроль .

ЛСЭ инфракрасного и терагерцового диапазонов [ править ]

Институт Фрица Габера в Берлине завершил разработку ЛСЭ среднего инфракрасного и терагерцового диапазонов в 2013 году. ^[13]^[14]

Рентгеновские ЛСЭ [ править ]

Отсутствие материала для изготовления зеркал, которые могут отражать экстремальные ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, означает, что ЛСЭ на этих частотах не могут использовать резонатор, как другие лазеры, который отражает излучение, поэтому он делает несколько проходов через ондулятор. Следовательно, в рентгеновском ЛСЭ (XFEL) выходной пучок создается за один проход излучения через ондулятор . Для этого требуется достаточное усиление за один проход для получения достаточно яркого луча.

Из-за отсутствия зеркал в XFEL используются длинные ондуляторы. В основе интенсивных импульсов рентгеновского лазера лежит принцип самоусиления спонтанного излучения (SASE), которое приводит к микрогруппировке. Первоначально все электроны распределены равномерно и испускают только некогерентное спонтанное излучение. За счет взаимодействия этого излучения и колебаний электронов, они дрейфуют в микробанчи, разделенные расстоянием, равным одной длине волны излучения. Благодаря этому взаимодействию все электроны начинают излучать когерентное излучение в фазе. Все испускаемое излучение может идеально усиливаться, благодаря чему гребни и впадины волн всегда наилучшим образом накладываются друг на друга. Это приводит к экспоненциальному увеличению мощности испускаемого излучения, что приводит к высокой интенсивности луча и свойствам лазера. ^[15] Примеры оборудования, работающего по принципу SASE FEL, включают лазер на свободных электронах в Гамбурге ( FLASH ), линейный когерентный источник света (LCLS) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC , европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (EuXFEL) в Гамбург,^[16] Спринг-8 Compact SASE Источника (SCSS) в Японии, SwissFEL в Шеррере Павла (Швейцария), Sacla в RIKEN Харим институте в Японии, и PAL-XFEL (Pohang Accelerator Laboratory Рентгеновского Free -Electron Laser) в Корее.

Самозаполнение [ править ]

Одна из проблем с SASE FEL - отсутствие временной согласованности из-за шумного процесса запуска. Чтобы избежать этого, можно «засеять» ЛСЭ лазером, настроенным на резонанс ЛСЭ. Такая когерентная во времени затравка может быть получена более традиционными способами, такими как генерация высоких гармоник (HHG) с использованием оптического лазерного импульса. Это приводит к когерентному усилению входного сигнала; Фактически качество выходного лазера определяется затравкой. Хотя семена HHG доступны с длинами волн вплоть до крайнего ультрафиолета, посев на длинах волн рентгеновского излучения невозможен из-за отсутствия обычных рентгеновских лазеров.

В конце 2010 года в Италии начался ввод в эксплуатацию источника ЛСЭ с затравкой FERMI @ Elettra ^[17] в синхротронной лаборатории Триеста . FERMI @ Elettra - это однопроходная пользовательская установка ЛСЭ, 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 2012 году ученые, работающие над LCLS, преодолели ограничение на затравку для длин волн рентгеновского излучения, за счет самозапуска лазера собственным лучом после фильтрации через алмазный монохроматор . Результирующая интенсивность и монохроматичность луча были беспрецедентными и позволили проводить новые эксперименты, связанные с манипулированием атомами и отображением молекул. Другие лаборатории по всему миру внедряют эту технику в свое оборудование. ^[18]^[19]

Исследование [ править ]

Биомедицинские [ править ]

Фундаментальные исследования [ править ]

Исследователи изучили лазеры на свободных электронах как альтернативу синхротронным источникам света, которые были рабочими лошадками кристаллографии белков и клеточной биологии . ^[20]

Исключительно яркие и быстрые рентгеновские лучи могут отображать белки с помощью рентгеновской кристаллографии . Этот метод позволяет впервые визуализировать белки, которые не складываются таким образом, чтобы можно было визуализировать с помощью обычных методов, 25% от общего количества белков. Разрешение 0,8 нм было достигнуто при длительности импульса 30 фемтосекунд . Для получения четкого обзора требуется разрешение 0,1–0,3 нм. Короткая длительность импульса позволяет записывать изображения дифрактограмм до того, как молекулы будут разрушены. ^[21] Яркие, быстрые рентгеновские лучи были получены в источнике когерентного света линейного ускорителя SLAC. По состоянию на 2014 год LCLS был самым мощным рентгеновским ЛСЭ в мире. ^[22]

Ожидается, что из- за повышенной частоты повторения рентгеновских источников ЛСЭ следующего поколения, таких как европейский XFEL , ожидаемое количество дифракционных картин значительно увеличится. ^[23] Увеличение количества дифракционных картин создаст большую нагрузку на существующие методы анализа. Для борьбы с этим было исследовано несколько методов, позволяющих сортировать огромное количество данных, которые генерируют типичные рентгеновские эксперименты с ЛСЭ. ^[24] ^[25] Несмотря на то, что различные методы продемонстрировали свою эффективность, очевидно, что для того, чтобы проложить путь к получению одночастичных рентгеновских изображений ЛСЭ с полной частотой повторения, необходимо решить несколько проблем до следующей революции в разрешении. может быть достигнут. ^[26] ^[27]

Новые биомаркеры метаболических заболеваний: используя преимущества селективности и чувствительности при сочетании инфракрасной ионной спектроскопии и масс-спектрометрии, ученые могут получить структурные отпечатки небольших молекул в биологических образцах, таких как кровь или моча. Эта новая и уникальная методология открывает новые захватывающие возможности для лучшего понимания метаболических заболеваний и разработки новых диагностических и терапевтических стратегий.

Хирургия [ править ]

Исследование, проведенное Гленном Эдвардсом и его коллегами из центра FEL при Университете Вандербильта в 1994 году, показало, что мягкие ткани, включая кожу, роговицу и ткань мозга, можно разрезать или аблировать , используя инфракрасные волны FEL с длиной волны около 6,45 микрометров с минимальным сопутствующим повреждением прилегающей ткани. ^[28]^[29] Это привело к хирургической операции на людях, первой в истории с использованием лазера на свободных электронах. Начиная с 1999 года, Коупленд и Конрад провели три операции по удалению менингиомной опухоли головного мозга . ^[30] Начиная с 2000 года, Джус и Маун провели пять операций, в ходе которых прорезали окно в оболочке зрительного нерва., чтобы проверить эффективность фенестрации оболочки зрительного нерва . ^[31] Эти восемь операций дали результаты, соответствующие стандарту лечения, и с дополнительным преимуществом в виде минимального побочного ущерба. Обзор ЛСЭ для медицинского применения дан в 1-м издании Настраиваемых лазерных приложений. ^[32]

Удаление жира [ править ]

Было создано несколько небольших клинических лазеров, настраиваемых в диапазоне от 6 до 7 микрометров, с импульсной структурой и энергией, чтобы нанести минимальный побочный ущерб мягким тканям. ^{[ необходима цитата ]} В компании Vanderbilt существует система с рамановским сдвигом, накачиваемая александритовым лазером. ^[33]

Рокс Андерсон предложил медицинское применение лазера на свободных электронах для плавления жиров без вреда для вышележащей кожи. ^[34] На инфракрасных длинах волн вода в тканях нагревается лазером, но на длинах волн, соответствующих 915, 1210 и 1720 нм , подповерхностные липиды нагреваются сильнее, чем вода. Возможные применения этого селективного фототермолиза (нагревание тканей светом) включают избирательное разрушение липидов кожного сала для лечения акне , а также нацеливание на другие липиды, связанные с целлюлитом и жировыми отложениями, а также жировые бляшки, образующиеся в артериях, которые могут помочь в лечении атеросклероза.и болезни сердца . ^[35]

Военные [ править ]

Технология FEL оценивается ВМС США как кандидат на зенитное и противоракетное оружие направленной энергии . Лаборатория Джефферсона «s FEL продемонстрировал над мощностью 14 кВт. ^{[36] В} настоящее время ведутся исследования компактного ЛСЭ класса мультимегаватт. ^[37] 9 июня 2009 г. Управление военно-морских исследований объявило о заключении с Raytheon контракта на разработку экспериментального ЛСЭ мощностью 100 кВт. ^[38] 18 марта 2010 г. компания Boeing Directed Energy Systems объявила о завершении первоначального проектирования для использования военно-морскими силами США. ^[39]Был продемонстрирован прототип системы ЛСЭ, а создание прототипа на полную мощность запланировано на 2018 год ^[40].

Победители призов FEL [ править ]

Приз FEL вручается человеку, внесшему значительный вклад в развитие области лазеров на свободных электронах. Кроме того, это дает международному сообществу FEL возможность отметить одного из его членов за его или его выдающиеся достижения.

1988 Джон Мэди
1989 Уильям Колсон
1990 Тодд Смит и Луис Элиас
1991 Филипп Спрангл 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 Ю
2004 Владимир Литвиненко и Хироюки Хама
2005 Авраам (Ави) Говер
2006 Евгений Салдин и Йорг Россбах
2007 Илан Бен-Цви и Джеймс Розенцвейг
2008 Самуэль Крински
2009 Дэвид Доуэлл и Пол Эмма
2010 Свен Райхе
Цумору Синтаке (2011) Tsumoru Shintake
2012 Джон Галайда
2013 Лука Джаннесси и Ён Ук Чон
2014 Чжижун Хуан и Уильям Фоли
2015 Михаил Юрков и Евгений Шнайдмиллер
2017 Брюс Карлстен, Динь Нгуен и Ричард Шеффилд
2019 Энрико Аллария, Геннадий Ступаков и Алексей Лампкин

Премия Молодого Ученого FEL [ править ]

Премия FEL для молодых ученых (или «Премия FEL для молодых исследователей») предназначена для награждения выдающихся вкладов в науку и технологии FEL человека младше 35 лет.

2008 Михаэль Рёрс
2009 Павел Евтушенко
2010 Гийом Ламбер
2011 Мари Лабат
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

См. Также [ править ]

Тормозное излучение
Циклотронное излучение
Электронный след
Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах
Гиротрон
Международный линейный коллайдер
Синхротронное излучение

Ссылки [ править ]

^ Маргаритондо, G .; Реберник Рибич, П. (01.03.2011). «Упрощенное описание рентгеновских лазеров на свободных электронах» . Журнал синхротронного излучения . 18 (2): 101–108. DOI : 10.1107 / S090904951004896X . ISSN 0909-0495 .
^ Хуанг, З .; Ким, KJ (2007). "Обзор теории рентгеновского лазера на свободных электронах" (PDF) . Специальные темы физического обзора: ускорители и пучки . 10 (3): 034801. Bibcode : 2007PhRvS..10c4801H . DOI : 10.1103 / PhysRevSTAB.10.034801 .
^ FJ Дуарте (Ed.), Перестраиваемые лазеры Handbook (Academic, НьюЙорк, 1995) Глава 9.
^ «Новая эра исследований начинается, когда первый в мире жесткий рентгеновский лазер достигает« первого света » » . Национальная ускорительная лаборатория SLAC. 21 апреля 2009 . Проверено 6 ноября 2013 .
^ C. Пеллегрини, 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
^ Моц, Ганс (1951). «Приложения излучения пучков быстрых электронов». Журнал прикладной физики . 22 (5): 527–535. Bibcode : 1951JAP .... 22..527M . DOI : 10.1063 / 1.1700002 .
^ Motz, H .; Thon, W .; Уайтхерст, Р. Н. (1953). «Эксперименты по излучению пучками быстрых электронов». Журнал прикладной физики . 24 (7): 826. Bibcode : 1953JAP .... 24..826M . DOI : 10.1063 / 1.1721389 .
^ Дьякон, DAG; Элиас, LR; Мадей, JMJ; Ramian, GJ; Schwettman, HA; Смит, Т.И. (1977). «Первая работа лазера на свободных электронах» . Письма с физическим обзором . Prl.aps.org. 38 (16): 892–894. DOI : 10.1103 / PhysRevLett.38.892 .
^ Feldhaus, J .; Артур, Дж .; Гастингс, Дж. Б. (2005). «Рентгеновские лазеры на свободных электронах» . Журнал Physics B . 38 (9): S799. Bibcode : 2005JPhB ... 38S.799F . DOI : 10.1088 / 0953-4075 / 38/9/023 .
^ Хуанг, З .; Ким, К.-Дж. (2007). «Обзор теории рентгеновского лазера на свободных электронах» . Специальные темы физического обзора: ускорители и пучки . 10 (3): 034801. Bibcode : 2007PhRvS..10c4801H . DOI : 10.1103 / PhysRevSTAB.10.034801 .
^ Файн, B .; Милонни, П.В. (1987). «Классическое вынужденное излучение». Журнал Оптического общества Америки B . 4 (1): 78. Bibcode : 1987JOSAB ... 4 ... 78F . DOI : 10.1364 / JOSAB.4.000078 .
^ Бенсон, S .; Мэди, JMJ (1984). «Квантовые флуктуации в лазерах на свободных электронах XUV». Материалы конференции AIP . 118 . С. 173–182. DOI : 10.1063 / 1.34633 .
^ Шёллькопф, Виланд; Гевиннер, Сэнди; Джанкес, Хайнц; Паарманн, Александр; фон Хельден, Герт; Bluem, Hans P .; Тодд, Алан ММ (201). «Новая установка ИК и ТГц ЛСЭ в Институте Фрица Габера в Берлине». Достижения в аппаратуре рентгеновских лазеров на свободных электронах III . Международное общество оптики и фотоники. 9512 : 95121L. DOI : 10.1117 / 12.2182284 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0027-13DB-1 .
^ "Установка лазера на свободных электронах (ЛСЭ) FHI" . Институт Фрица Габера Общества Макса Планка . Проверено 4 мая 2020 .
^ "Информационные веб-страницы XFEL" . Проверено 21 декабря 2007 .
^ Doerr, Allison (ноябрь 2018). «Высокоскоростная кристаллография белков». Природные методы . 15 (11): 855. DOI : 10.1038 / s41592-018-0205-х . PMID 30377367 .
^ "Домашняя страница FERMI" . Elettra.trieste.it. 2013-10-24 . Проверено 17 февраля 2014 .
^ Amann, J .; Berg, W .; Бланк, В .; Decker, F. -J .; Ding, Y .; Emma, P .; Feng, Y .; Frisch, J .; Fritz, D .; Hastings, J .; Хуанг, З .; Krzywinski, J .; Lindberg, R .; Loos, H .; Lutman, A .; Nuhn, H. -D .; Ratner, D .; Rzepiela, J .; Шу, Д .; Швыдько, Ю .; Spampinati, S .; Stoupin, S .; Терентьев, С .; Трахтенберг, Э .; Walz, D .; Welch, J .; Wu, J .; Жоленц, А .; Чжу, Д. (2012). «Демонстрация самозаливки в жестком рентгеновском лазере на свободных электронах». Природа Фотоника . 6 (10): 693. Bibcode : 2012NaPho ... 6..693A . DOI : 10.1038 / nphoton.2012.180 .
^ « « Самосев »обещает ускорить открытия, добавить новые научные возможности» . Национальная ускорительная лаборатория SLAC. 13 августа 2012 года Архивировано из оригинального 22 февраля 2014 года . Проверено 6 ноября 2013 .
^ Нормил, Деннис (2017). «В Китае открывается уникальная лаборатория лазеров на свободных электронах». Наука . 355 : 235. DOI : 10.1126 / science.355.6322.235 .
^ Чепмен, Генри Н .; Калеман, Карл; Тимнеану, Никусор (17.07.2014). «Дифракция перед разрушением» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 369 (1647): 20130313. DOI : 10.1098 / rstb.2013.0313 . PMC 4052855 . PMID 24914146 .
^ Франк, Матиас; Карлсон, Дэвид Б; Хантер, Марк S; Уильямс, Гарт Дж; Мессершмидт, Марк; Зацепин, Надя А; Барти, Антон; Беннер, У. Генри; Чу, Кайцинь; Граф, Александр Т; Hau-Riege, Stefan P; Кириан, Ричард А; Падесте, Селестино; Пардини, Томмазо; Педрини, Билл; Сегельке, Брент; Зайберт, М. Марвин; Спенс, Джон К. Н; Цай, Чинг-Джу; Лейн, Стивен М.; Ли, Сяо-Дань; Шертлер, Гебхард; Буте, Себастьян; Коулман, Мэтью; Эванс, Джеймс Э (2014). «Сверхъяркие и 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 . Проверено 17 февраля 2014 .
^ «Факты и цифры» . www.xfel.eu . Проверено 15 ноября 2020 .
^ Бобков, С.А. Теслюк А.Б .; Курта, РП; Горобцов О.Ю .; Ефанов, ОМ; Ильин В.А.; Сенин Р.А. Вартанянц ИА (01.11.2015). «Алгоритмы сортировки для экспериментов по визуализации одиночных частиц в рентгеновских лазерах на свободных электронах» . Журнал синхротронного излучения . 22 (6): 1345–1352. DOI : 10.1107 / S1600577515017348 . ISSN 1600-5775 .
↑ Юн, Чун Хонг; Швандер, Питер; Абергель, Шанталь; Андерссон, Ингер; Андреассон, Якоб; Акила, Эндрю; Байт, Саша; Бартелмесс, Мириам; Барти, Антон; Боган, Майкл Дж .; Бостедт, Кристоф (2011-08-15). «Неконтролируемая классификация снимков дифракции одиночных частиц по спектральной кластеризации» . Оптика Экспресс . 19 (17): 16542–16549. DOI : 10,1364 / OE.19.016542 . ISSN 1094-4087 .
^ Kuhlbrandt, W. (2014-03-28). «Революция Резолюции» . Наука . 343 (6178): 1443–1444. DOI : 10.1126 / science.1251652 . ISSN 0036-8075 .
^ Соболев, Егор; Золотарев, Сергей; Гивекемейер, Клаус; Белецкий, Йохан; Окамото, Кента; Редди, Хемант К.Н.; Андреассон, Якоб; Айер, Картик; Барак, Имрих; Бари, Садия; Барти, Антон (29.05.2020). «Мегагерцовая визуализация одиночных частиц на Европейском XFEL» . Физика связи . 3 (1): 1–11. DOI : 10.1038 / s42005-020-0362-у . ISSN 2399-3650 .
^ Эдвардс, G .; Logan, R .; Copeland, M .; Reinisch, L .; Davidson, J .; Johnson, B .; MacIunas, R .; Mendenhall, M .; Ossoff, R .; Tribble, J .; Werkhaven, J .; О'Дей, Д. (1994). «Абляция тканей лазером на свободных электронах, настроенным на полосу амида II». Природа . 371 (6496): 416–9. Bibcode : 1994Natur.371..416E . DOI : 10.1038 / 371416a0 . PMID 8090220 .
^ "Лазерный свет от лазера на свободных электронах впервые использован в хирургии человека" . Архивировано из оригинала на 2012-10-06 . Проверено 6 ноября 2010 .
^ Гленн С. Эдвардс и др., Rev. Sci. Instrum. 74 (2003) 3207
^ Макканос, Массачусетс; Джус, км; Козуб, Я; Янсен, ED (2005). «Абляция роговицы с использованием лазера на свободных электронах с растянутым импульсом». У Маннса, Фабриса; Soederberg, Per G; Хо, Артур; Застрял, Брюс Э; Белкин, Майкл (ред.). Офтальмологические технологии XV . Офтальмологические технологии XV. 5688 . п. 177. DOI : 10,1117 / 12,596603 .
↑ FJ Duarte (12 декабря 2010 г.). «6» . Настраиваемые лазерные приложения, второе издание . CRC Press. ISBN 978-1-4200-6058-4.
^ Джаясингхе, Арошан; Иванов, Борислав; Хатсон, М. Шейн (18 марта 2009 г.). «Эффективность и динамика плюма для лазерной абляции роговицы в среднем ИК-диапазоне» . Тезисы мартовского собрания APS : T27.006. Bibcode : 2009APS..MART27006J . Проверено 6 ноября 2010 .
^ "BBC Health" . BBC News . 2006-04-10 . Проверено 21 декабря 2007 .
^ "Лечение доктора Рокса Андерсона" . Проверено 21 декабря 2007 .
^ "Джефферсон Лаборатория FEL" . Архивировано из оригинала на 2006-10-16 . Проверено 8 июня 2009 .
^ Уитни, Рой; Дуглас, Дэвид; Нил, Джордж (март 2005 г.). Вуд, Гэри Л. (ред.). «Авиационный лазер на свободных электронах мегаваттного класса для обороны и безопасности» . Лазерный источник и системные технологии для обороны и безопасности . 5792 : 109. Bibcode : 2005SPIE.5792..109W . DOI : 10.1117 / 12.603906 . ОСТИ 841301 .
^ "Raytheon награжден контрактом для Управления военно-морской программы исследований лазеров на свободных электронах" . Архивировано из оригинала на 2009-02-11 . Проверено 12 июня 2009 .
^ "Боинг завершает предварительный проект системы лазерного оружия на свободных электронах" . Проверено 29 марта 2010 .
^ «Прорывный лазер может революционизировать вооружение флота» . Fox News. 2011-01-20 . Проверено 22 января 2011 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Мэди, Джон MJ (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 периодически отклоняемого электронного пучка, Патент США 38 22 410, 1974
Boscolo, I .; Brautti, G .; Clauser, T .; Стагно, В. (1979). «Лазеры и мазеры на свободных электронах на криволинейных траекториях». Прикладная физика . 19 (1): 47–51. Bibcode : 1979ApPhy..19 ... 47B . DOI : 10.1007 / BF00900537 . S2CID 121093465 .
Дьякон, ДАГ; Элиас, LR; Мадей, JMJ; Ramian, GJ; Schwettman, HA; Смит, Т.И. (1977). «Первая работа лазера на свободных электронах» . Письма с физическим обзором . 38 (16): 892–894. Bibcode : 1977PhRvL..38..892D . DOI : 10.1103 / physrevlett.38.892 .
Элиас, Луис Р .; Fairbank, William M .; Мэди, Джон MJ; Шветтман, Х. Алан; Смит, Тодд I. (1976). «Наблюдение вынужденного излучения релятивистских электронов в пространственно-периодическом поперечном магнитном поле» . Письма с физическим обзором . 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 TW-усилителей». Оптика Коммуникации . 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 .
« Программа FEL в лаборатории Джефферсона » [1]
Брау, Калифорния (1988). "Лазеры на свободных электронах". Наука . 239 (4844): 1115–1121. Bibcode : 1988Sci ... 239.1115B . DOI : 10.1126 / science.239.4844.1115 . PMID 17791971 . S2CID 45638507 .
Паоло Лучини, Ханс Моц, Ондуляторы и лазеры на свободных электронах , Oxford University Press, 1990.

Внешние ссылки [ править ]

Lightsources.org
LCLS, линейный когерентный источник света, первый в мире ЛСЭ с жестким рентгеновским излучением в Национальной ускорительной лаборатории SLAC
FERMI , новый ЛСЭ на синхротроне ELETTRA в Триесте
Открытая книга лазера на свободных электронах (National Academies Press)
Виртуальная библиотека World Wide Web: исследования и приложения лазеров на свободных электронах
Европейский XFEL
PSI SwissFEL
Компактный источник SASE SPring-8
PAL-XFEL , Южная Корея
Система транспортировки электронного пучка и диагностика Дрезденского ЛСЭ
Лазер на свободных электронах для инфракрасных экспериментов FELIX
Центр свободных электронов WM Keck
Программа Jefferson Lab по лазерам на свободных электронах
Лазеры на свободных электронах: новое поколение , Давид Кастельвекки, новый ученый , 21 января 2006 г.
Лазер на свободных электронах мегаваттного класса для обороны и безопасности
FERMI @ Elettra Лазерный проект на свободных электронах
Центр лазерных исследований на свободных электронах (CFEL)
Лаборатория FELIX , лазеры на свободных электронах в Неймегене, Нидерланды

[1] Маргаритондо, G .; Реберник Рибич, П. (01.03.2011). «Упрощенное описание рентгеновских лазеров на свободных электронах» . Журнал синхротронного излучения . 18 (2): 101–108. DOI : 10.1107 / S090904951004896X . ISSN 0909-0495 .

[huang-2] Хуанг, З .; Ким, KJ (2007). "Обзор теории рентгеновского лазера на свободных электронах" (PDF) . Специальные темы физического обзора: ускорители и пучки . 10 (3): 034801. Bibcode : 2007PhRvS..10c4801H . DOI : 10.1103 / PhysRevSTAB.10.034801 .

[3] FJ Дуарте (Ed.), Перестраиваемые лазеры Handbook (Academic, НьюЙорк, 1995) Глава 9.

[4] «Новая эра исследований начинается, когда первый в мире жесткий рентгеновский лазер достигает« первого света » » . Национальная ускорительная лаборатория SLAC. 21 апреля 2009 . Проверено 6 ноября 2013 .

[5] C. Пеллегрини, 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] Моц, Ганс (1951). «Приложения излучения пучков быстрых электронов». Журнал прикладной физики . 22 (5): 527–535. Bibcode : 1951JAP .... 22..527M . DOI : 10.1063 / 1.1700002 .

[7] Motz, H .; Thon, W .; Уайтхерст, Р. Н. (1953). «Эксперименты по излучению пучками быстрых электронов». Журнал прикладной физики . 24 (7): 826. Bibcode : 1953JAP .... 24..826M . DOI : 10.1063 / 1.1721389 .

[8] Дьякон, DAG; Элиас, LR; Мадей, JMJ; Ramian, GJ; Schwettman, HA; Смит, Т.И. (1977). «Первая работа лазера на свободных электронах» . Письма с физическим обзором . Prl.aps.org. 38 (16): 892–894. DOI : 10.1103 / PhysRevLett.38.892 .

[9] Feldhaus, J .; Артур, Дж .; Гастингс, Дж. Б. (2005). «Рентгеновские лазеры на свободных электронах» . Журнал Physics B . 38 (9): S799. Bibcode : 2005JPhB ... 38S.799F . DOI : 10.1088 / 0953-4075 / 38/9/023 .

[10] Хуанг, З .; Ким, К.-Дж. (2007). «Обзор теории рентгеновского лазера на свободных электронах» . Специальные темы физического обзора: ускорители и пучки . 10 (3): 034801. Bibcode : 2007PhRvS..10c4801H . DOI : 10.1103 / PhysRevSTAB.10.034801 .

[fain-11] Файн, B .; Милонни, П.В. (1987). «Классическое вынужденное излучение». Журнал Оптического общества Америки B . 4 (1): 78. Bibcode : 1987JOSAB ... 4 ... 78F . DOI : 10.1364 / JOSAB.4.000078 .

[12] Бенсон, S .; Мэди, JMJ (1984). «Квантовые флуктуации в лазерах на свободных электронах XUV». Материалы конференции AIP . 118 . С. 173–182. DOI : 10.1063 / 1.34633 .

[13] Шёллькопф, Виланд; Гевиннер, Сэнди; Джанкес, Хайнц; Паарманн, Александр; фон Хельден, Герт; Bluem, Hans P .; Тодд, Алан ММ (201). «Новая установка ИК и ТГц ЛСЭ в Институте Фрица Габера в Берлине». Достижения в аппаратуре рентгеновских лазеров на свободных электронах III . Международное общество оптики и фотоники. 9512 : 95121L. DOI : 10.1117 / 12.2182284 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0027-13DB-1 .

[14] "Установка лазера на свободных электронах (ЛСЭ) FHI" . Институт Фрица Габера Общества Макса Планка . Проверено 4 мая 2020 .

[XFEL-15] "Информационные веб-страницы XFEL" . Проверено 21 декабря 2007 .

[16] Doerr, Allison (ноябрь 2018). «Высокоскоростная кристаллография белков». Природные методы . 15 (11): 855. DOI : 10.1038 / s41592-018-0205-х . PMID 30377367 .

[17] "Домашняя страница FERMI" . Elettra.trieste.it. 2013-10-24 . Проверено 17 февраля 2014 .

[nature-18] Amann, J .; Berg, W .; Бланк, В .; Decker, F. -J .; Ding, Y .; Emma, P .; Feng, Y .; Frisch, J .; Fritz, D .; Hastings, J .; Хуанг, З .; Krzywinski, J .; Lindberg, R .; Loos, H .; Lutman, A .; Nuhn, H. -D .; Ratner, D .; Rzepiela, J .; Шу, Д .; Швыдько, Ю .; Spampinati, S .; Stoupin, S .; Терентьев, С .; Трахтенберг, Э .; Walz, D .; Welch, J .; Wu, J .; Жоленц, А .; Чжу, Д. (2012). «Демонстрация самозаливки в жестком рентгеновском лазере на свободных электронах». Природа Фотоника . 6 (10): 693. Bibcode : 2012NaPho ... 6..693A . DOI : 10.1038 / nphoton.2012.180 .

[19] « « Самосев »обещает ускорить открытия, добавить новые научные возможности» . Национальная ускорительная лаборатория SLAC. 13 августа 2012 года Архивировано из оригинального 22 февраля 2014 года . Проверено 6 ноября 2013 .

[20] Нормил, Деннис (2017). «В Китае открывается уникальная лаборатория лазеров на свободных электронах». Наука . 355 : 235. DOI : 10.1126 / science.355.6322.235 .

[21] Чепмен, Генри Н .; Калеман, Карл; Тимнеану, Никусор (17.07.2014). «Дифракция перед разрушением» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 369 (1647): 20130313. DOI : 10.1098 / rstb.2013.0313 . PMC 4052855 . PMID 24914146 .

[22] Франк, Матиас; Карлсон, Дэвид Б; Хантер, Марк S; Уильямс, Гарт Дж; Мессершмидт, Марк; Зацепин, Надя А; Барти, Антон; Беннер, У. Генри; Чу, Кайцинь; Граф, Александр Т; Hau-Riege, Stefan P; Кириан, Ричард А; Падесте, Селестино; Пардини, Томмазо; Педрини, Билл; Сегельке, Брент; Зайберт, М. Марвин; Спенс, Джон К. Н; Цай, Чинг-Джу; Лейн, Стивен М.; Ли, Сяо-Дань; Шертлер, Гебхард; Буте, Себастьян; Коулман, Мэтью; Эванс, Джеймс Э (2014). «Сверхъяркие и 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 . Проверено 17 февраля 2014 .

[23] «Факты и цифры» . www.xfel.eu . Проверено 15 ноября 2020 .

[24] Бобков, С.А. Теслюк А.Б .; Курта, РП; Горобцов О.Ю .; Ефанов, ОМ; Ильин В.А.; Сенин Р.А. Вартанянц ИА (01.11.2015). «Алгоритмы сортировки для экспериментов по визуализации одиночных частиц в рентгеновских лазерах на свободных электронах» . Журнал синхротронного излучения . 22 (6): 1345–1352. DOI : 10.1107 / S1600577515017348 . ISSN 1600-5775 .

[25] Юн, Чун Хонг; Швандер, Питер; Абергель, Шанталь; Андерссон, Ингер; Андреассон, Якоб; Акила, Эндрю; Байт, Саша; Бартелмесс, Мириам; Барти, Антон; Боган, Майкл Дж .; Бостедт, Кристоф (2011-08-15). «Неконтролируемая классификация снимков дифракции одиночных частиц по спектральной кластеризации» . Оптика Экспресс . 19 (17): 16542–16549. DOI : 10,1364 / OE.19.016542 . ISSN 1094-4087 .

[26] Kuhlbrandt, W. (2014-03-28). «Революция Резолюции» . Наука . 343 (6178): 1443–1444. DOI : 10.1126 / science.1251652 . ISSN 0036-8075 .

[27] Соболев, Егор; Золотарев, Сергей; Гивекемейер, Клаус; Белецкий, Йохан; Окамото, Кента; Редди, Хемант К.Н.; Андреассон, Якоб; Айер, Картик; Барак, Имрих; Бари, Садия; Барти, Антон (29.05.2020). «Мегагерцовая визуализация одиночных частиц на Европейском XFEL» . Физика связи . 3 (1): 1–11. DOI : 10.1038 / s42005-020-0362-у . ISSN 2399-3650 .

[28] Эдвардс, G .; Logan, R .; Copeland, M .; Reinisch, L .; Davidson, J .; Johnson, B .; MacIunas, R .; Mendenhall, M .; Ossoff, R .; Tribble, J .; Werkhaven, J .; О'Дей, Д. (1994). «Абляция тканей лазером на свободных электронах, настроенным на полосу амида II». Природа . 371 (6496): 416–9. Bibcode : 1994Natur.371..416E . DOI : 10.1038 / 371416a0 . PMID 8090220 .

[29] "Лазерный свет от лазера на свободных электронах впервые использован в хирургии человека" . Архивировано из оригинала на 2012-10-06 . Проверено 6 ноября 2010 .

[30] Гленн С. Эдвардс и др., Rev. Sci. Instrum. 74 (2003) 3207

[31] Макканос, Массачусетс; Джус, км; Козуб, Я; Янсен, ED (2005). «Абляция роговицы с использованием лазера на свободных электронах с растянутым импульсом». У Маннса, Фабриса; Soederberg, Per G; Хо, Артур; Застрял, Брюс Э; Белкин, Майкл (ред.). Офтальмологические технологии XV . Офтальмологические технологии XV. 5688 . п. 177. DOI : 10,1117 / 12,596603 .

[Duarte2010-32] FJ Duarte (12 декабря 2010 г.). «6» . Настраиваемые лазерные приложения, второе издание . CRC Press. ISBN 978-1-4200-6058-4.

[33] Джаясингхе, Арошан; Иванов, Борислав; Хатсон, М. Шейн (18 марта 2009 г.). «Эффективность и динамика плюма для лазерной абляции роговицы в среднем ИК-диапазоне» . Тезисы мартовского собрания APS : T27.006. Bibcode : 2009APS..MART27006J . Проверено 6 ноября 2010 .

[34] "BBC Health" . BBC News . 2006-04-10 . Проверено 21 декабря 2007 .

[35] "Лечение доктора Рокса Андерсона" . Проверено 21 декабря 2007 .

[36] "Джефферсон Лаборатория FEL" . Архивировано из оригинала на 2006-10-16 . Проверено 8 июня 2009 .

[37] Уитни, Рой; Дуглас, Дэвид; Нил, Джордж (март 2005 г.). Вуд, Гэри Л. (ред.). «Авиационный лазер на свободных электронах мегаваттного класса для обороны и безопасности» . Лазерный источник и системные технологии для обороны и безопасности . 5792 : 109. Bibcode : 2005SPIE.5792..109W . DOI : 10.1117 / 12.603906 . ОСТИ 841301 .

[38] "Raytheon награжден контрактом для Управления военно-морской программы исследований лазеров на свободных электронах" . Архивировано из оригинала на 2009-02-11 . Проверено 12 июня 2009 .

[39] "Боинг завершает предварительный проект системы лазерного оружия на свободных электронах" . Проверено 29 марта 2010 .

[40] «Прорывный лазер может революционизировать вооружение флота» . Fox News. 2011-01-20 . Проверено 22 января 2011 .

[1]

vтеЛазеры
Список лазерных статей Список типов лазеров Список лазерных приложений Лазерные акронимы Типы лазеров : твердотельные Полупроводник Краситель Газ Химическая Эксимер Ион Металлический пар
Лазерная физика	Активная лазерная среда Усиленное спонтанное излучение Непрерывная волна Доплеровское охлаждение Лазерная абляция Лазерное охлаждение Ширина лазерной линии Порог генерации Магнитооптическая ловушка Оптический пинцет Инверсия населения Решенное охлаждение боковой полосы Ультракороткий импульс
Лазерная оптика	Расширитель луча Гомогенизатор пучка B Интегральный Усиление чирпированных импульсов Переключение усиления Гауссов пучок Инъекционная сеялка Профилировщик лазерного луча М в квадрате Режим синхронизации Лазерный генератор с множеством призм Фазовая развертка многофотонной внутриимпульсной интерференции Оптический усилитель Оптический резонатор Оптический изолятор Выходной соединитель Q-переключение Регенеративное усиление
Лазерная спектроскопия	Резонаторная кольцевая спектроскопия Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия Лазерная фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением Лазерный дифракционный анализ Спектроскопия лазерного пробоя Лазер-индуцированная флуоресценция Оптическая гетеродинная молекулярная спектроскопия с усилением помехоустойчивости Рамановская спектроскопия Визуализирующая микроскопия второй гармоники Терагерцовая спектроскопия во временной области Спектроскопия поглощения перестраиваемого диодного лазера Микроскопия с двухфотонным возбуждением Сверхбыстрая лазерная спектроскопия
Лазерная ионизация	Надпороговая ионизация Лазерная ионизация при атмосферном давлении Матричная лазерная десорбция / ионизация Многофотонная ионизация с усилением резонанса Мягкая лазерная десорбция Лазерная десорбция / ионизация с поверхности Лазерная десорбция / ионизация с поверхностным усилением
Лазерное изготовление	Лазерная сварка Лазерное склеивание Лазерное преобразование Лазерная резка Мост для лазерной резки Лазерное сверление Лазерная гравировка Лазерно-гибридная сварка Лазерная обработка Мультифотонная литография Импульсное лазерное напыление Селективное лазерное плавление Селективное лазерное спекание
Лазерная медицина	Компьютерная томография, лазерная маммография Лазерная микродиссекция Лазерное удаление волос Лазерная литотрипсия Лазерная коагуляция Лазерная хирургия Лазерная термокератопластика ЛАСИК Лазерная терапия низкого уровня Оптической когерентной томографии Фоторефрактивная кератэктомия Фотоомоложение
Лазерный синтез	Лазер Аргус Циклоп лазер ГЕККО XII HiPER Лазеры ISKRA Янус лазер Лаборатория лазерной энергетики Линия интеграции лазера Лазерный мегаджоуль Лазер с длинным лучом LULI2000 Ртутный лазер Национальный центр зажигания Лазер Nike Нова (лазер) Лазер Novette Шива лазер Трезубец лазер Вулкан лазер
Гражданские приложения	3D лазерный сканер CD DVD Блю рей Дисплей с лазерным освещением Лазерный указатель Лазерный принтер Лазерная метка
Военное применение	Усовершенствованный тактический лазер Боинг Лазерный Мститель Dazzler (оружие) Электролазер Лазерный указатель Лазерное наведение Бомба с лазерным наведением Лазерные пушки Лазерный дальномер Приемник лазерного предупреждения Лазерное оружие LLM01 Множественная интегрированная система лазерного взаимодействия Тактический лазер высокой энергии Тактический свет ZEUS-HLONS (система нейтрализации лазерных боеприпасов HMMWV)
Категория Commons