Eigenschaften der Strahlung

  1. Die im Undulator erzeugte und verstärkte Strahlung ist monochromatisch, d.h. sie besteht aus dem Licht einer einzigen Farbe. Physikalisch heisst das, dass die erzeugte Strahlung eine feste Wellenlänge besitzt. Ganz stimmt das in Wirklichkeit nicht, aber die Abweichungen von der normativen Wellenlänge sind in der Größenordnung eines Prozentes, man sagt, das Spektrum habe eine geringe Bandbreite. Außerdem entsteht neben dem Licht mit der Grundwellenlänge λ1 noch solches mit einem Drittel, einem Fünftel usw. der Grundwellenlänge. Diese bezeichnet man als höhere Harmonische. Sie sind in der Regel viel schwächer als die Grundharmonische, und wir wollen sie im Weiteren nicht mehr betrachten. Für die Grundharmonische gibt es eine einfache Gleichung zur Berechnung der Wellenlänge

    λ =(1+Krms2u/(2γ2)

    (1)

    wobei γ die Energie eines Elektrons aus dem Strahl in Einheiten seiner Ruhemasse, λu die Undulatorperiode und Krms der Undulatorparameter sind. Die Größe γ wird auch als Lorentzfaktor bezeichnet und häufig zur Charakterisierung von Teilchen mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit benutzt. Sie gibt an, um welchen Faktor sich Längen und Zeiten nach der speziellen Relativitätstheorie ändern, wenn man in ein bewegtes Koordinatensystem transformiert (Längenkontraktion und Zeitdilation). Bei den im täglichen Leben üblichen Geschwindigkeiten gilt γ=1.
    Da Krms etwa den Wert Eins hat und es sich in der Regel um einen hochenergetischen Elektronenstrahl mit γ>>1 handelt, ist die Wellenlänge λ des emittierten Lichtes viel kleiner als die Periodenlänge λu des Undulators. Aus Gleichung (1) folgt, dass man zur Erzeugung kurzwelliger Strahlung, also ultraviolettes Licht oder gar Röntgenstrahlung, Elektronenenergien im Bereich von Giga-Elektronenvolt [GeV] benötigt. Die Anlage ELBE erzeugt einen Elektronenstrahl von einigen 10 MeV, womit man Laserstrahlung im Infraroten mit Wellenlängen von etwa 3 bis 150 μm erzeugen kann.

  2. Die Strahlung ist kohärent, da bei ihrer Erzeugung alle beteiligten Elektronen synchron wirken. Deshalb kann man die Strahlung sogar zur Erzeugung von Hologrammen benutzen.

  3. Die Strahlung ist unter einem kleinen Winkel in Richtung der Undulatorachse fokussiert. Sie kann deshalb zur Bestrahlung eines kleinen Fleckes mit einer großen Intensität benutzt werden, etwa so wie bei einer gut fokussierenden Taschenlampe.