自由電子激光搖擺器放射相對論電子自由電子激光器是一種新型的激光器，與常規(guī)激光的受激放射原理不同，它是由相對論電子束通過搖擺器時產(chǎn)生的放射。自由電子激光與常規(guī)激光相比，有一系列的優(yōu)點(diǎn)：波長連續(xù)可調(diào)，波長分布范圍寬（從厘米波一直到軟X射線，脈沖寬度可調(diào)，光束質(zhì)量好，脈沖功率高和能量轉(zhuǎn)換效率高等，因此在科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛的潛在的應(yīng)用前景1.自20世紀(jì)70年代自由電子激光問世以來2，上很多研究機(jī)構(gòu)一直將其作為研究熱點(diǎn)3，并提出了很多產(chǎn)生自由電子激光的方法。在這些方法中，被廣泛采用并被認(rèn)為zui有前途的方法是讓一束相對論電子束通過一個周期變化的搖擺器而產(chǎn)生自由電子激光本文以螺旋線圈產(chǎn)生的周期搖擺磁場為例，研究自由電子激光產(chǎn)生的機(jī)理。產(chǎn)生自由電子激光的。

　　其中A，A'為兩個諧振腔反射鏡，B，B'為周期性螺旋線圈構(gòu)成的搖擺器，螺旋線圈的周期長度為Xw，其軸向方向設(shè)為z方向。螺旋線圈形成的搖擺磁場是橫向的，在垂直于線圈軸線的x，y平面內(nèi)，并按線圈的周期交替更替，寫成分量形勢表示為：當(dāng)沿軸向運(yùn)動的相對論電子進(jìn)入搖擺器時，根據(jù)洛倫茲定律5電子的運(yùn)動滿足下列方程：對值，和1是決定電子運(yùn)動行為的總電場和總磁場。僅考慮磁場作用，將（2式寫成分量形式，其中vWyM分別是速度在三個坐標(biāo)軸上的分量：求解方程（3，可以得到電子在搖擺場中的速度分量：vx= .BwCOS（kwvzt）進(jìn)一步求解方程（4，得到電子的運(yùn)動方程：x=――BwSinz電子在螺旋線圈構(gòu)成的搖擺磁場中沿螺旋線軌道運(yùn)動，并且其螺距為由于電子做螺距為Xw的螺旋運(yùn)動，因此電子每隔Xw就會產(chǎn)生一個放射。電子在搖擺場中產(chǎn)生放射的過程如所示：電子在螵旋搖擺場中產(chǎn)生放射示意圖電子沿z軸螺旋前進(jìn)，在A位置產(chǎn)生一個放射。在電子前進(jìn)一個螺距Xw的時間段內(nèi)，該放射傳播了7CXw/vz的距離。同時，電子在B點(diǎn)又會產(chǎn)生了一個放射。當(dāng)A，B，點(diǎn)發(fā)出的電磁波放射的波程差等于波長的整數(shù)倍時，即：就會產(chǎn)生相長干涉，使電子發(fā)出的放射得到放大。X為發(fā)射波波長，0為外觀察角，C為光速。

　　將（4式兩邊分別取平方再相加，可求出vz和v的數(shù)值關(guān)系。

　　其中3w= e‘Bw是一個無量綱的參數(shù)，只與搖擺器的參數(shù)有關(guān)。（7式是在1/Y2>>1的前提下得出的，這個條件自由電子激光產(chǎn)生的過程中一般都是滿足的。將（7式代入（6式，并取n=1可得到放射波的波長在推動（8式的過程中，認(rèn)為e角很小。由此可以看出，改變搖擺場的周期長度Xw，改變磁場的磁場強(qiáng)度Bw或者改變?nèi)肷潆娮邮哪芰慷伎梢宰龅礁淖兂錾洳úㄩL，從而實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧的目的。當(dāng)0=0時，運(yùn)動的電子就會在搖擺器軸向上產(chǎn)生放射，經(jīng)過諧振腔的反射和與搖擺場的相互作用，滿足一定的位相匹配條件，放射就會得到加強(qiáng)，從而達(dá)到輸出自由電子激光的目的。北京富瑞恒創(chuàng)科技有限公司。