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激光驻波中的光子-电子背散射激光器

阅读:565发布:2020-05-11

专利汇可以提供激光驻波中的光子-电子背散射激光器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且激光 驻波 中的 光子 - 电子 背散射 激光器 ,属光学仪器中激光器领域。 波长 为λi的入射激光在激光驻波腔中形成激光驻波,单色入射电子束与激光驻波中的光子背散射产生波长为λf的光,波长λi和波长λf满足λi=mλf,m=1,2,…;单色入射电子束脉冲宽度τ与入射激光波长λi满足τc>λi。激光驻波腔由平行安置的A、B、C镜及周边构成,对于波长为λi的光,A为反射镜,B为透射镜,C为反射镜,对于波长为λf的光,C为透射镜;A、C镜相对表面之间的光程L和波长λi满足L=n1(λi)CB1+n2(λi)B1B2+n3(λi)B2A=lλi/2。激光驻波腔的BA部分填充有激发后能 辐射 波长为λi光的介质,CB部分空腔和与这个空腔连通的空腔抽成 真空 。用于产生γ激光。,下面是激光驻波中的光子-电子背散射激光器专利的具体信息内容。

1.一种激光驻波中的光子-电子背散射激光器,其特征在于,波长为λi的入射激光在激光驻波腔中形成激光驻波,单色入射电子束与激光驻波中的光子背散射产生波长为λf的光,波长λi和波长λf满足
λi=mλf,m=1,2,… (1)
单色入射电子束脉冲宽度τ与入射激光波长λi满足
τc>λi, (2)
式中c是光速。
2.权利要求1所述的激光驻波中的光子-电子背散射激光器,其特征在于,其中的激光驻波腔由图1相互平行安置的A、B、C镜及垂直于A、B、C镜的周边构成,对于波长为λi的光,A为反射镜,B为透射镜,C为反射镜,对于波长为λf的光,C为透射镜;A、C镜相对表面之间的光程L和波长λi满足:
L=n1(λi)CB1+n2(1i)B1B2+n3(λi)B2A=lλi/2, (3)
式中,n1(λi)、n2(λi)、n3(λi)分别是波长为λi的光在真空中、在B镜中、在激光驻波腔BA部分的介质中的折射率,CB1、B1B2、B2A分别是C镜面到B镜面的距离、B镜的厚度、B镜面到A镜面的距离,l是一个正整数;激光驻波腔的BA部分填充有激发后能辐射波长为λi光的介质,在这部分空腔的内部或外部,有能将其中介质激发到激发态的装置;激光驻波腔的CB空腔和与这个空腔连通的空腔被抽成真空。
3.权利要求1所述的激光驻波中的光子-电子背散射激光器,其特征在于,入射电子束进入激光驻波腔中后,其运动方向平行于激光驻波腔轴线、即垂直于A、C镜面;入射激光垂直于A、C镜面,在条件(3)下,在A、C镜之间来、回反射的入射激光形成激光驻波;入射电子与激光驻波中光子发生背散射;图1中实线表示电子束运动轨迹及方向,虚线表示入射激光垂直于A、C镜面。
4.权利要求1所述的激光驻波中的光子-电子背散射激光器,其特征在于,入射激光也可以是多频的,其频率
ωi,3ωi,…(2k+1)ωi,k=1,2,…, (4)
这些频率的入射激光都垂直于A、C镜面,在C镜面上的位相Ф满足
Ф=nπ,n=0,1,...; (5)
这些在A、C镜之间来、回反射的激光都能形成激光驻波,在频率为ωi的激光驻波波腹处,这些激光驻波振幅极大值相加为迭加激光驻波振幅极大值。
5.权利要求1所述的激光驻波中的光子-电子背散射激光器,其特征在于,权利要求4所述的多频率激光驻波的产生方式有两种,其一是,在权利要求2所述的B、A镜及其周边围成的空腔中,填充有激发后能辐射波长λi、λi/3,…λi/(2k+1)光的多种介质;其二是,去掉B镜及A、B镜之间的介质,并将A镜换为对于(4)式中频率的光为半透射、半反射的A′镜,(4)式中频率的激光垂直入射A′镜面并入射激光驻波腔,分别调整这些激光的位相,使其到达C镜面时,位相都满足(5);A、C镜面的光程CA仍满足(3)。

说明书全文

激光驻波中的光子-电子背散射激光器

[0001] 技术领域 本发明属于光学仪器中激光器领域。
[0002] 背景技术 激光在现代科学、技术、医疗、工业、国防等领域都有不可代替的重要作用,因此需要进一步的发展。如何产生更短波长的激光,特别是伽玛激光,这一直是该领域的前沿课题。美国利用自由电子激光已经产生了X-激光,但却难以产生伽玛激光。对于自由电子激光,周期磁场是必不可少的。我们提出了光子-电子背散射激光器方案。按这一方案,周期磁场也是必不可少的,此外入射激光也是必不可少的。能否不用周期磁场而制作能产生伽玛激光的激光器?本发明的回答是肯定的。本发明提出的激光驻波中的光子-电子背散射激光器方案,不需要周期排列的磁产生的周期磁场,这是这种激光器与其它激光器的本质差别。这不仅仅能产生更短波长的激光,而且其结构也更简化。
[0003] 发明内容 一种激光驻波中的光子-电子背散射激光器,其特征在于,波长为λi的入射激光在激光驻波腔中形成激光驻波,单色入射电子束与激光驻波中的光子背散射产生波长为λf的光,波长λi和波长λf满足
[0004] λi=mλf,m=1,2,… (1)
[0005] 单色入射电子束脉冲宽度τ与入射激光波长λi满足
[0006] τc>λi (2)
[0007] 适当选择入射激光和入射电子的能量,条件(1)能够实现[1]。条件(2)容易满足。-12
实际上,现在的电子脉冲宽度在τ~10 s,τc~100μm,这充分地满足条件(2)。
[0008] 上述这种激光器中的激光驻波腔由图1相互平行安置的A、B、C镜及垂直于A、B、C镜的周边构成,对于波长为λi的光,A为反射镜,B为透射镜,C为反射镜,对于波长为λf的光,C是透射镜;A、C镜相对表面之间的光程L和波长λi满足
[0009] L=n1(λi)CB1+n2(λi)B1B2+n3(λi)B2A=lλi/2, (3)
[0010] 式中,n1(λi)、n2(λi)、n3(λi)分别是波长为λi的光在真空中、在B镜中、在激光驻波腔BA部分的介质中的折射率,CB1、B1B2、B2A分别是C镜面到B镜面的距离、B镜的厚度、B镜面到A镜面的距离,l是一个正整数;激光驻波腔的BA部分填充有激发后能辐射波长为λi光的介质,在这部分空腔的内部或外部,有能将其中介质激发到激发态的装置;激光驻波腔的 CB空腔和与这个空腔连通的空腔被抽成真空。
[0011] 对波长为λi的光,A和C镜的反射率和B镜的透射率应尽可能地高。由于这里的入射激光就是普通波长的激光,这容易做到。而C镜对于波长为λf的背散射光是透明的。因为伽玛激光的透射率很高,这能做到。但由于其光子能量很高,容易摧毁C镜。为此,C镜应尽可能地薄,必要时,还应该快速冷却。将A、B之间介质激发到激发态的装置有多种,如向AB之间介质辐射必要电磁波(其频率ω≥ωi)的装置。
[0012] 入射电子束进入激光驻波腔中后,其运动方向平行于激光驻波腔轴线、即垂直于A、C镜面;入射激光垂直于A、C镜面,在条件(3)下,在A、C镜之间来、回反射的入射激光形成激光驻波;入射电子与激光驻波中光子发生背散射;图1中实线表示电子束运动轨迹及方向,虚线表示入射激光垂直于A、C镜面。
[0013] 入射激光也可以是多频的,其频率是
[0014] ωi,3ωi,…(2k+1)ωi,k=1,2,…, (4)
[0015] 这些频率的入射激光都垂直于A、C镜面,在C镜面上的位相Φ满足[0016] Φ=nπ,n=0,1,…; (5)
[0017] 这些在A、C镜之间来、回反射的激光都能形成激光驻波,在频率为ωi的激光驻波波腹处,这些激光驻波振幅极大值相加为迭加激光驻波振幅极大值。
[0018] 由于条件(3),满足(4)-(5)的入射光,在A、C镜之间来、回反射,能够相干,形成激光驻波。频率为(4)中的这些入射光形成的驻波叠加后,迭加激光驻波振幅的斜率更大、波峰更尖锐,这有利于减小有效背散射区的长度,更容易使得背散射光形成激光。
[0019] 前述的多频率激光驻波的产生方式有两种,其一是,在B、A镜及其周边围成的空腔中,填充有激发后能辐射波长为λi、λi/3,…λi/(2k+1)光的多种介质;其二是,去掉B镜及A、B镜之间的介质,并将A镜换为对于(4)式中频率的光为半透射、半反射的A′镜,(4)式中频率的激光垂直入射A′镜面并入射激光驻波腔,分别调整这些激光的位相,使其到达C镜面时,位相都满足(5);A、C镜面的光程CA仍满足(3)。由于没有介质,真空中光的折射率为1,所以此时光程L=AC。
[0020] 在第一种方式时,AB镜周边有辐射必要频率(各种频率ωk≥(2k+1)ωi)电磁波的装置或其它能把这个腔中各种介质都激发的装置。在第二种方式时,在A′镜右侧有能向A′镜垂直辐射(4)中各种频率激光的装置。
[0021] 可以证明,激光驻波对电子束有很强的调制作用。在条件(1)-(2)满足时,激光驻波能导致背散射光空间相干和时间相干,因此,能使背散射光相干为激光。
[0022] 附图说明 图1是激光驻波中的光子-电子背散射激光器激光驻波腔正面剖面示意图。图中,对于波长为λi的光,A是反射镜,B是透射镜,C是反射镜,对于波长为λf的光,C是透射镜;A、B之间填充有激发后能辐射波长为λi光的介质或波长为λi、λi/3,…λi/(2k+1)光的多种介质;C、B之间空腔及与其连通的空腔抽成真空。
[0023] 图2是激光驻波中的光子-电子背散射激光器没有B镜和介质的激光驻波腔正面剖面示意图。图中A′对于波长为λi、λi/3,…λi/(2k+1)光是半透射半反射镜,其余和图1相同。
[0024] 具体实施方式 入射激光取为氩离子Ar+激光,其波长为λi=488nm,入射电-12 -12子能量为Eei=81.153420215MeV,,电子束脉冲为10 s。如此,c·10 s=300μm>>λi=488nm,条件(2)完全满足。容易算出,波长为λi=488nm的激光与能量为Eei=
81.153420215MeV的电子背散射产生的背散射光的波长为λf=0.0048525829nm。λi=
100565λf,可见,条件(1)也满足。精确调整A、C和A、B之间距离,使A、C镜面之间的光程
6
L为6×10×488/2nm=146.4cm;B1、A之间光程LBd=n2(λi)B1B2+n3(λi)B2A为48.8cm;
ABC激光驻波腔截面为直径1cm的圆面,CB部分抽成真空,周边由玻璃制作以便释放杂散光;AB镜及其周边围成的空腔中填充氩离子,AB镜周边有能向氩离子辐射波长λ≤488nm电磁波的装置。将氩离子激发后,激发态的氩离子的部分辐射光将透过B镜,垂直入射到C镜,并在AC镜之间反射形成激光驻波。用磁场偏转能量为Eei=81.153420215MeV的单色电子束,使其入射到ABC激光驻波腔的CB部分,其速度方向垂直于C镜面、向左。电子束与C镜反射回来的入射激光背散射,产生波长为λf=0.0048525829nm的伽玛激光,从C镜射出。
[0025] 由于不用周期排列的磁铁,这一装置不仅能产生伽玛激光,而且结构很简单。
[0026] 参考文献
[0027] [1]Shi-Hao Chen,Ziwei Chen,Electron-photon backscattering lasers,Laser Physics,24(2014)045805(6pp) 。
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