Der Aufbau der Freie-Elektronen Laser an ELBE

FEL Schema (deutsche Beschriftung)Die FELs von ELBE sind Compton FELs mit einem optischen Resonator. Sie arbeiten im Bereich einer niedrigen Verstärkung (10-80%) pro Strahlumlauf. Seine Hauptkomponenten sind der Undulator und der aus zwei gegenüberstehenden Spiegeln gebildete Resonator (Siehe nebenstehendes Schema).

Der Elektronenstrahl kommt vom Beschleuniger und wird von einem Dipolmagnet in Richtung der Symmetrieachse des Undulators abgelenkt. Der Undulator besteht aus Sätzen von gegenüberliegenden Magneten alternierender Polarität. Diese Magnete führen zu einer sinusförmigen Ablenkung der Elektronen senkrecht zum Magnetfeld. Wegen der damit verbundenen Beschleunigung senden die Elektronen elektromagnetische Strahlung einer definierten Wellenlänge (Licht) aus, die wegen der hohen Geschwindigkeit der Elektronen (∼c) in Richtung der Undulatorachse gebündelt ist. Dieser Vorgang wird spontane Strahlung genannt. Hinter dem Undulator wird der Elektronenstrahl durch einen zweiten Dipolmagnet in einen Strahlfänger geleitet, während die erzeugte Strahlung durch die beiden fokussierenden Spiegel in den Undulator zurückreflektiert wird.

Sowohl Elektronen- als auch  Lichtstrahl bestehen aus extrem kurzen Pulsen (~1 mm), die in einem regelmäßigen Abstand von etwa 23 m aufeinander folgen. Der Abstand zwischen beiden Spiegeln ist so gewählt, dass der umlaufende Lichtpuls gerade auf den nächsten Elektronenpuls trifft und mit diesem wechselwirkt. Dabei wird Energie vom Elektronenstrahl auf das elektromagnetische Feld des Lichtstrahl übertragen und dieser in seiner Intersität verstärkt. Der relative Zuwachs an Lichtenergie pro Umlauf (single-pass gain) beträgt bei unseren Undulatoren zwischen 10 und 80%. Wegen der schnellen Aufeinanderfolge von Pulsen (13 MHz) steigt die Energie des Lichtpulses schnell an. Dabei sinkt der Zuwachs pro Umlauf wegen des einsetzenden Sättigungseffektes. Der Anstieg an Lichtenergie endet, wenn der verbleibende Zuwachs die Verluste durch Absorption und Beugung sowie den durch ein Loch in einem der Spiegel ausgekoppelten Anteil kompensiert. Der ausgekoppelte Strahl wird über ein Röhrensystem in die Nutzerlabore geleitet, wo er für Experimente zur Verfügung steht.

Die beiden an ELBE installierten FELs (U27-FEL und U100-FEL) produzieren infrarote Strahlung im mittleren (oberhalb 3.5 μm) und im fernen Infrarot (unterhalb 280 μm).

Hier finden Sie Details über die Komponenten der FELs und ihre Parameter (in Englisch):

 Außerdem können Sie sich über Führung und Diagnose des Elektronenstrahls informieren.

 
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