Vrije-elektronenlaser
Een vrije-elektronenlaser, of FEL, is een laser die een zeer heldere lichtstraal produceert. Het is in feite een superzaklamp. Het heeft dezelfde optische eigenschappen als conventionele lasers, zoals het uitzenden van een bundel bestaande uit coherente elektromagnetische straling die een hoog vermogen kan bereiken. Het FEL gebruikte werkingsprincipes om de bundel te vormen die zeer verschillende werkingsprincipes van een conventionele laser zijn. In tegenstelling tot gas-, vloeistof- of vaste-stoflasers zoals diodelasers, waarin elektronen worden opgewekt terwijl ze gebonden zijn aan atomen, gebruiken FEL's een relativistische elektronenbundel als het lasermedium dat vrij door een magnetische structuur beweegt, vandaar de term vrij elektron. De vrije-elektronenlaser heeft het breedste frequentiebereik van alle lasertypes en kan op grote schaal worden afgestemd, momenteel in golflengte variërend van microgolven, via terahertzstraling en infrarood, tot het zichtbare spectrum, tot ultraviolet, tot röntgenstraling.
Vrije-elektronische lasers werden uitgevonden door John Madey in 1976 aan de Stanford Universiteit. Het werk bouwt voort op onderzoek van Hans Motz en zijn medewerkers die in 1953 in Stanford de eerste undulator maakten met behulp van de wiggler-magnetische configuratie die het hart vormt van een vrije-elektronenlaser. Madey gebruikte een 24 MeV elektronenbundel en een 5 m lange wiggler om een signaal te versterken. Al snel daarna begonnen andere laboratoria met versnellers met de ontwikkeling van dergelijke lasers.
Vrije-elektronische lasers verbruiken veel elektriciteit wanneer ze werken. Om de energie die nodig is om ze in werking te houden te verminderen, gebruikt de wetenschapper een lineaire versneller voor energieterugwinning om de hoogenergetische elektronenbundel die de laser activeert, te recycleren.
Free-electron laser FELIX bij FOM (Nieuwegein)
Vragen en antwoorden
V: Wat is een vrije-elektronenlaser?
A: Een vrije-elektronenlaser, of FEL, is een laser die een zeer heldere lichtstraal produceert. Hij heeft dezelfde optische eigenschappen als conventionele lasers, zoals het uitzenden van een straal bestaande uit coherente elektromagnetische straling die een hoog vermogen kan bereiken. In tegenstelling tot gas-, vloeistof- of vastestoflasers zoals diodelasers, waarin elektronen worden geëxciteerd terwijl zij aan atomen zijn gebonden, maken FEL's gebruik van een relativistische elektronenbundel als het lasermedium dat zich vrij door een magnetische structuur beweegt.
V: Welk frequentiebereik bestrijkt de vrije-elektronenlaser?
A: De vrije-elektronenlaser heeft het breedste frequentiebereik van alle lasertypes en kan op grote schaal worden afgestemd. Momenteel loopt het golflengtebereik van microgolven, via terahertzstraling en infrarood, naar het zichtbare spectrum, naar ultraviolet en naar röntgenstraling.
V: Wie heeft de vrije-elektronenlaser uitgevonden?
A: Vrije-elektronenlasers werden in 1976 uitgevonden door John Madey aan de Stanford University.
V: Wat werd gebruikt om signalen te versterken voor vroege experimenten met FEL's?
A: Voor vroege experimenten met FEL's gebruikte John Madey een 24 MeV elektronenbundel en een 5 m lange wiggler om signalen te versterken.
V: Wie ontwikkelde een eerdere versie van wat een FEL zou worden?
A: Hans Motz en zijn collega's ontwikkelden in 1953 in Stanford een eerdere versie van wat een FEL zou worden, met behulp van de magnetische wiggler-configuratie die de kern vormt van een vrije-elektronenlaser.
V: Hoeveel elektriciteit verbruiken FEL's wanneer zij werken?
A: Vrije-elektronenlasers gebruiken veel elektriciteit wanneer zij werken.
V: Hoe kunnen wetenschappers de energie die nodig is voor de werking verminderen?
A: Om de energie die nodig is voor de werking te verminderen, gebruiken wetenschappers een lineaire versneller voor energieterugwinning om de hoogenergetische elektronenbundel die de laser activeert, te recycleren.
