Лазеры на свободных электронах

Разработка ЛСЭ на длине волны l ~0,5 мм с высоким уровнем средней мощности позволит применить его для нагрева плазмы, удерживаемой сильным магнитным полем, с помощью электронно-циклотронного резонанса или в исследованиях по термоядерному синтезу для нагрева и диагностики высокотемпературной плазмы (большое значение

b = 8 p nT/B 2).

В лазерном термоядерном синтезе для обеспечения энергии на мишени около 1 МДж необходимо иметь источник излучения высокой мощности с длиной волны около 1/3 мкм, работающий в режиме коротких импульсов с общим КПД, равным нескольким процентам. Таким образом; можно надеяться, что в будущем ЛСЭ внесут свой вклад и в эту программу исследований.

Дистанционное зондирование верхних слоев атмосферы (на высотах 100-500 км) методами резонансной флуоресценции и создание лазера для спектроскопии молекул представляют собой другую область применения ЛСЭ с целью диагностики. ЛСЭ позволит разработать радарные системы высокого разрешения.

До сих пор не существует ЛСЭ, генерирующих излучение в УФ области; перестраиваемые интенсивные источники УФ излучения могут найти многочисленные применения, в частности в физике твердого тела, но до тех пор, пока не удастся преодолеть технических трудностей, нам придется довольствоваться спонтанным излучением электронов, получаемым из ондуляторов в высокоэнергетических накопителях, которые пригодны и для получения синхротронного излучения. Можно надеяться, что проводимое в настоящее время совершенствование технологии изготовления зеркал и разработка специальных ускорителей позволят получить действующий ЛСЭ в УФ диапазоне до 1990 г. Разработка ЛСЭ рентгеновского диапазона имела бы неоценимое значение для таких целей, как изготовление оптических устройств высокого разрешения методами рентгеновской интерферометрии и голографии.

Найдут ЛСЭ применение и в лазерной хирургии и в фоторадиационной медицине. Небольшой размер пятна и возможность перестройки частоты означают, что в хирургии можно получить оптимальный эффект для конкретной облучаемой ткани в зависимости от длины волны при воздействии излучения ЛСЭ. В фоторадиационной медицине введенные предварительно в ткани красители активируются на определенных длинах волн. При активации красители выделяют свободный кислород и убивают клетку без хирургического вмешательства. Красители могут присоединяться к антителам, которые под действием лазерного света высвобождаются в определенных местах. Использование перестраиваемых лазеров позволит применять для этих целей различные типы красителей. Маломощные ЛСЭ можно устанавливать непосредственно в больницах.

Ускорители, используемые в физике высоких энергий, чрезвычайно громоздки, и в настоящее время ведутся исследования, направленные на получение более высоких ускоряющих полей, которые позволят сократить размеры ускорителей и увеличить энергию частиц. Известно, что сфокусированные высокоинтенсивные лазерные поля могут создавать поперечные электрические поля напряженностью порядка 10⁹ В/см; это можно было бы использовать в ускорителе на ЛСЭ, чтобы ускорить поток позитронов или электронов, пролетающих в ондуляторе. Увеличение энергии частиц может быть достигнуто за счет последовательного изменения периода ондуляторного поля. Изменение начального периода ондулятора от 10 см до нескольких метров позволит на длине в несколько километров получить энергию электронов более 100 ГэВ. Трудность здесь состоит в том, чтобы поддержать интенсивный лазерный пучок сфокусированным на таком большом расстоянии; Пеллегрини предложил для решения данной проблемы использовать оптические волноводы. Если реализация этого предложения будет успешной, то ЛСЭ вернет свой долг физике ускорителей.

Библиографический список

1. Карлов Н. В “Лекции по квантовой электронике” учеб. пособие -- М.: Наука, 1983

2. “Генераторы когерентного излучения на свободных электронах”: сб. статей, пер. с англ. под ред. А. А. Рухадзе -- М.: Мир, 1983

3. Федоров М. В. “Электрон в сильном световом поле” -- М: Наука, 1991

4. Маршалл Т. “Лазеры на свободных электронах” пер. с англ. -- М: Мир, 1987