Freie-Elektronen-Laser

Freie-Elektronen-Laser,

 

Abkürzung FEL, Free-Electron-Laser [friː ɪ'lektrən 'leɪzə, englisch], Elektronenstrahllaser, Laser, dessen aktives Medium ein Elektronenstrahl hoher Energie ist, der durch ein periodisch seine Polarität änderndes Magnetfeld (Undulator) geführt wird. Dabei werden die freien, d. h. nicht an Atome gebundenen Elektronen zu transversalen Schwingungen angeregt, sodass es aufgrund ihrer kinetischen Energie zur Emission elektromagnetischer Strahlung in Form von Synchrotronstrahlung kommt. Durch Strahlungsrückkopplung in einem optischen Spiegelresonator im Undulator wird ein hochintensives kohärentes Strahlungsfeld aufgebaut, dessen Wellenlänge von den Parametern des Undulators und der Geschwindigkeit der Elektronen abhängt; als Elektronenstrahlquellen dienen Elektronenspeicherringe. Moderne spiegellose FEL nutzen einen Linearbeschleuniger als Treiber für Elektronenstrahlen extrem hoher Dichte und einen viele Meter langen Undulator, in dem die Laserwirkung bereits innerhalb eines einzigen Durchlaufs einsetzt. - Im Unterschied zu herkömmlichen Lasern sind FEL prinzipiell kontinuierlich vom fernen Infrarot bis in das Röntgengebiet durchstimmbar; sie zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade bei der Energieumwandlung sowie hohe Kohärenz der Strahlung aus. Anwendungen für FEL sind die Grundlagenforschung (v. a. Laserspektroskopie), die Laserchemie sowie die Laserfusion (Kernfusion).