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1、第? ?卷第期中国激光!# % 提要本文介绍自由电子激光器新的进展、动向和应用,同时介绍近几年作者的研究进展。关键词自由电子激光,进展,应用自由电子激光器是一种是低电子能量、高电子密度的受激拉曼散射,产 生的辐射在毫米和 亚毫米波段。除了利用自由电子动 能通 过周期磁场 产生电磁辐射以外,还有利用 电子在磁场中做回旋运动 产生 的电子回旋共振辐射、电子束掠射通过 金属光栅表面的史密斯一拍塞尔辐射、利用电子通 过介质时的契仑可夫辐射。射频自由电子激光器已从红外到可见光的宽光谱区运转,最 短波长为? 49?。在毫米波段,利费莫尔实验室使用渐变波荡器,获得 总输出功率?,能量转换效率 ,波长为: 的
2、相干 辐射。图0列出自由电子激光 器8以表示;、传统激光器 和微波管的辐射频谱、相干 辐射功率的对比仁 。0新的进展和动向波音公司和洛斯阿拉莫斯国家实验室8,+ , ;合作的高平均功率激光实验8+, %;,建成环形腔振荡器,光阴极产生的电子束由高梯度电场加速到? 95.。波 荡器长 。输出波长为 ?9?,脉冲宽度9 9哪,平均功率为?田。正 在研制新一代自由电子激光 主振功放系统,目标是输出平均功率?9 9。自由电子激光器今后的方向是小型化和应用。紧凑、实用型自由电子激光器装置的研制是当前这个领域工作的焦点。一是要求设计先进加速器,产 生高亮度电子束,提高器件效率。归一化亮度与电流#成正 比,
3、刀。一?刀8农。;,其中。为发射度。光阴极研究已获得进展,+ ,使用8、劲阴极,用= ,倍频激光8微脉冲宽度?,用 于产生紫外和真空紫外自由电子激光的原理证明研究。所用电子束能量为 。圣巴 巴拉大学 开 展固体物理、半导体非线性动力学和纳秒结构研究,要求# 011 01波段的辐射。伊利诺大学 应用自由电子激光产生的 可调谐红外激光,研究凝聚 态复杂分子体系能级结构、振动 弛豫等瞬态分子动力学现象,要求脉宽# 0 ,能量 叮的 自由电子激光。可应用1 ;散射谱测量远红外光谱学。范得比尔大学在# ?年报道首例利用自由电子激光在远红外区的精密调谐特性,测量8 48 8 界 面导带的 不连期王明常=自
4、由电子激光新进展续性的研究结果。我国的进展上海光机所于?3: 年建成了我国第一台: 波段的拉曼自由电子激光器。近 , 年来,功率已提高到? 45、。在光学速调管、分布反馈谐振腔、小周期波荡器和虚火花放电源等几项自由电子激光新技术方面开展了理论和实验研究。光学速调管的理论研究发现困,光学速调管可以提高 自由电子激光器的效率,如果工作在非线性区并且仔细调整工作参量的话,效率可由千分之几提高到?。编制了模拟计算程序,计算精度达?9一 以上。研究了电子束能散度对光学速调管效率的影响。结合北京自由电子激光具体参量,提出对电子束能散度的最低要求川。我们研制出新型小周期波荡器,它由带铁芯的双绕螺旋片组成,产
5、生周期性圆极化磁场。已将原?1?周期缩短为?,在周期与间隙比为?=?1时,测得91? 的波荡器磁场。总体实验输出波长从: 缩短至 川。研制成功具有分布反馈谐振腔的拉曼 自由电子激光振荡器 3 =。分布反馈腔解决了反射镜阻挡电子束同轴通过和大功率激光损伤两个关键技术间题,输出功率为15,实验结果和日本大阪大学的结果在第? ?届国际自由电子激光会议上同时报道。标志光束质量的重要参数是发射度和亮度,发散度量度电子束的准直,定义为光束半径和平均发散角的乘积。亮度正比于束流,反比于发散度平方。虚火花放电源是研制高电流密度、低发射度、高亮度 电子束源的新技术。正在研究由脉冲线加速器8499,? 9。,?9
6、 9? ;驱动的,工作在低压气体8毛?9 96 ;下,由多隙虚火花放电产生的电子束的产生机制及特性。拉曼自由电子激光器输出大功率毫米波,其他器件无法比拟。在激光制盲、毫米波雷达和目标反射特性测量等军事上有重要应用。参考文献?,11%0 6 ,?1儿 0/6 01“10/加1玫 5叼,?339,+? 3 =0?151_,151/ 6。6二“1八,对 /,?33 ?,9 4=? 91!1/0 ?,_1%1?6 6 0二 01?= ,1乙5艺 /占,?33?, ? :=:?:一:?4!166 ? 66,15?6 60,1 010/ 加1压5忿如己。,?3 3,+ ?=?9一?11 ?1?0 / 一0
7、 /?,6=1 66 ?60 ,?33?151!16?,.1,16? 6 ?,1+1 1#% 护6舫1。耳尸2口夕阴。=?上海激光学会理事、秘书长中国激光副主编、中国光 电医学副总编光的世界副主编激光生物学编委、中国激光医学编委、国外激光编委。?34年开始气体激光研究,先后从事一激光器、! /2激光器、 /分子激光器、准分子激光器、自由电子激光器、原子簇激光器研究。? 3 年3月研制成功我国第一台!(2激光器?3期中国激光第五届编委会部分编委介绍?3 :得到! 5环形染料激光器谐振腔稳定区域的解析解,并提出和实现改进! 5激光器稳定区域的新结构计算并实现 了具有负色散特性的双膜系介质镜,从而克
8、服了!5激光器 内的正 嘀啾,于?3 :建立了一种飞秒激光传输的新的计算模型,获得负色散介质中一、二、三阶孤子的演变行为和数值解发现! 5染料激光器中具有高达?10 /的调制现象,并定量解释了这种现象来源于非线性系统的非稳定性提出!5染料激光器可同时运转在双波长,并在实验上用一个环形腔实现了氢离子和染料的双锁模实现了一种 自相位调制可控的飞秒孤子激光器的稳定运转在理论上提出 一种非腔长匹配+5激光器模型,并利用 = + 做激活介质,实现了+ 5激光器的非腔长匹配的锁模运转提出固体自锁模激光器三维光阑理论模型,实现 了掺钦蓝宝 石自锁模激光器的低泵浦运转提出飞秒光范围内实现光压缩态的可能性,并实现 了该种激光器的飞秒锁模运转。上述创新成果被国内外学者多次引用。十几年来,主持领导了十二项国家级及部委级科研项目,七项通过国家教委组织的技术鉴定,均达国际先进水平。一项获国家教委科技进步一等奖,二项获国家教委科技进步二等奖,并获国家有突出贡献的中青年专家称号。在超快激光领域共发表学术论文?9 篇=并著有激光物理导论、现代光学实验、光学手册等著作。
