Araştırmacılar, serbest elektron lazerlerini (FEL) daha ucuz ve küçük hale getirmek için, geleneksel radyo frekansı hızlandırıcıları yerine daha verimli ve kompakt lazer-plazma hızlandırıcılar (LPA) kullanmayı hedefliyor.
Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı‘ndan Sam Barber ve ekibi, LPA destekli bir FEL’in rekor performans ve güvenilirlikle çalışmasını sağlayarak bu yönde önemli bir adım attı. Bu ilerleme, malzeme araştırmaları için çok değerli olan FEL’lerin daha yaygın hale gelmesine yardımcı olabilir. Çalışmalar “Serbest Elektron Lazerlerinde Yeni Çağ mı Geliyor?” sorusunu beraberinde getiriyor.
Bir FEL’deki aktif ortam, statik manyetik alanlar dizisinde demetler halinde toplanmış relativistik elektronlardan oluşmaktadır. İdeal olarak, ortaya çıkan sarsıntı bir elektron-radyasyon etkileşimini tetikler ve bu da kendini besleyerek lazerin karakteristik koherent, kendini güçlendiren ışınımını üretir.
FEL’lerin düzenleyici sıraları 100 m uzunluğunda olabilirken, elektronları gerekli enerji seviyelerine yükselten radyo frekansı hızlandırıcıları kilometrelerce uzunlukta olabilir. LPAs ise elektronları birkaç santimetrelik mesafelerde aynı enerji seviyelerine çıkarabilir. Ancak, LPAs ile üretilen elektron demetleri genellikle daha az tutarlıdır ve daha geniş enerji yayılımlarına sahiptir, bu da kendini güçlendirme kabiliyetlerini zayıflatır.
Barber ve ekibi, yıllardır LPA destekli FEL’lerin performansını sürekli olarak iyileştirmektedir. Son deneylerinde, LPA’nın içsel lazerini stabilize etmek için çeşitli aktif geri bildirim sistemleri kullandılar. Sonuç olarak, cihazlarıyla bir saat boyunca saniyede bir ateşlemede %90 oranında kendini güçlendirme durumuna ulaştılar.
Ayrıca, başlangıçtaki senkrotron yayınım enerjisine oranla koherent çıkış enerjisinin oranı olan 1000 kazanç sağladılar. Diğer gruplar daha önce %10 başarı oranı ve 50 kazanç elde etmişti. Ancak Barber, LBNL testinin yaklaşık 420 nm’de çalıştığını belirtiyor. Küçük yükseltmelerle dalga boyu 100 nm’nin altına düşürülecek. “İlginç bilimsel uygulamaların başladığı yer burası,” diyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v18/s100
