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自由电子激光奖的著名获奖者

2023-4-5 09:08| 发布者: 光执事| 查看: 1965| 评论: 0

摘要: 自由电子激光(FEL)奖授予对自由电子激光领域发展做出重大贡献的人。该奖项还为国际FEL社区提供了表彰一个或多个同行取得卓越成就的机会。

  自由电子激光FEL)奖授予对自由电子激光领域发展做出重大贡献的人。该奖项还为国际FEL社区提供了表彰一个或多个同行取得卓越成就的机会。



1953年,斯坦福大学的汉斯·莫茨(Hans Motz)和他的同事使用摆动磁装置创造了一个波动器。波动器由以周期性结构排列的偶极磁体组成。通过周期性磁性结构的电子振荡并释放出强烈的能量。通过这种方法,斯坦福大学的约翰·马迪(John Madey)在1971年创造了第一个自由电子激光器。Madey使用5米长的摆动器和43 MeV的电子束放大了信号。

 

FEL的工作原理

电子流以接近光速的速度加速以产生FEL。电子沿纵束方向沿摆动器定向,而穿过它的方向称为横向。光束中的电子被迫在场的洛伦兹力下横向移动,并沿着磁体阵列轴线的正弦模式移动。


由于来自随机分布的电子的电磁波在时间上会受到正向和负向干涉。当电子横向加速时,它们会产生单色但不相干的光子。辐射功率随电子量线性增加。驻辐射波由波动器的两端镜子产生,或者由外部激发激光器产生。当辐射足够强大时,横向电子电流的正弦运动与辐射束的横向电场相互作用,导致一些电子获得能量,而另一些电子则由于思考的动势而消散。


在一个光学波长的周期内,这种能量调制发展成电子密度的变化。因此,电子纵向聚集成微束,并沿轴线通过一个光学波长分开。同相束电子产生相干组合辐射。相比之下,波动器本身会产生不相干辐射的电子。


随着辐射强度的增加,电子继续微束。这个过程一直持续到达到与波动器高得多的饱和功率限制。通过修改电子束的能量或波动器的磁场梯度,可以轻松改变发射的辐射波长。


FEL的优势

以下是自由电子激光器的主要吸引力:

· 它们能够在非常宽的波长范围内工作。根据电子的能量,FEL的波长可以是毫米到X射线的任何波长。

· 宽波长调谐范围可通过单个器件实现。

· 在传统光源无法达到的波长范围内具有高规格的性能。

产生高功率的能力及其可调性使FEL在许多领域都具有很高的吸引力,包括固态物理学,表面研究,生物物理科学,化学技术,材料科学,非线性光谱学,冲击物理学,固体密度等离子体和化学工程。

FEL获奖者

除了1988年获得第一个FEL奖的FEL的发明者John Madey之外,其他31位杰出科学家因其贡献而获得该奖项。完整列表可以在这里找到。其他一些著名的获奖者,他们的获奖年份和他们的成就如下:

· 罗伯特·菲利普斯 (1992- 用于开发育创。Ubitron是一种高功率行波管,它与磁起伏的周期性电子束相互作用。

· Claudio Pellegrini1999- 表彰他在X射线自由电子激光器(XFEL)和相对论性粒子束和集体效应方面的创新工作。

· Li-Hua Yu 2003- 自放大自发发射自由电子激光器(SASE FEL)和高增益谐波产生自由电子激光器(HGHG FEL)由Yu及其同事开发。

· Avraham Gover 2005- FEL假说创造了创新的理论基础。

· Vladimir LitvinenkoHiroyuki Hama 2004- Litvinenko和他的团队使用光学速调管(一种更复杂的FEL设计)建造了许多FEL。该小组是世界上第一个分别于1988年和1999年将FEL范围扩展到紫外线波长和真空紫外线的小组。

· Zhirong HuangWilliam Fawley2014- Jeong创造了第一个毫米波FEL,随后是第一个紧凑型太赫兹FELFawley因其在创建早期FEL模拟算法方面的工作而被授予FEL奖。

· Bruce CarlstenDinh NguyenRichard Sheffield2017- 表彰他们在第一个可操作的RF光注入器和第一个引入发射校正概念的理论模型方面的创新工作。

未来展望

鉴于每年的高发表率以及所涉及的论文的多样性和动态性,很明显,FEL的科学,技术和应用在各个方面都取得了重大突破。

需要强调的是,由于FEL科学技术的快速增长,现在全球对X射线FEL接入的需求越来越大。发达经济体政府认识到,投资国家设施对于保持在国际舞台上的竞争力至关重要。国家设施不仅有助于科学进步,而且有助于国家工业基础的竞争优势发展、关键技术开发和技能发展。

参考文献

1. E A Seddon et al, Short-wavelength free-electron laser sources and science: a review. 2017 Rep. Prog. Phys. 80 115901. DOI 10.1088/1361-6633/aa7cca

2. P. G. O’Shea, H. P. Freund, Free-electron lasers: Status and applications. Science 292, 1853–1858 (2001).

3. McNeil, B., Thompson, N. X-ray free-electron lasers. Nature Photon 4, 814–821 (2010). https://doi.org/10.1038/nphoton.2010.239

 

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