Die optischen Resonatoren der FELs von ELBE

Ein optischer Resonator dient dazu, Licht oder andere elektromagnetische Strahlung in einem begrenzten Raum einzusperren, kurz gesagt, er ist ein Käfig für Licht. Da sich Licht aber stets von Ort zu Ort ausbreitet und das auch noch mit ziemlich großer Geschwindigkeit, kann man es nur dadurch einsperren, dass man es an den Wänden immer wieder umkehren läßt, etwa so wie man ein wildes Tier in einem Käfig gefangen hält. Solche Wände, die Licht zum umkehren veranlassen, heißen Spiegel.

Im einfachsten Fall besteht ein optischer Resonator aus zwei sich gegenüberstehenden Spiegeln. In die Mitte eines solchen wird nun der Undulator gestellt. Damit das Licht nicht nach der Seite entweicht, und das Lichtbündel in der Mitte, wo der Undulator steht, nicht zu dick wird, werden fokussierende Spiegel verwendet. Diese Spiegel sorgen nun dafür, dass das Licht stets wieder in den Resonator zurück reflektiert und dort vom Elektronenstrahl verstärkt wird. ELBE arbeitet mit einem gepulsten Elektronenstrahl, mit kurzen Pulsen und langen Pausen zwischen den Pulsen. Deshalb müssen der Abstand LR der Spiegel und der Abstand zwischen zwei Elektronenpulsen aufeinander abgestimmt werden. Der im Undulator erzeugte und über den hinteren und den vorderen Spiegel reflektierte Lichtpuls muss genau auf den nächsten Elektronenpuls treffen. Das wird bei ELBE bei einem Spiegelabstand von exakt 11.53 m erreicht.

Bei längeren Infrarotwellen spielt die Beugung eine zunehmende Rolle. Dadurch kann der Laserstrahl nicht mehr stark genug gebündelt werden, um ungehindert den Undulator zu passieren. Dieses Problem tritt bei dem Undulator U100 auf. Um zu verhindern, dass dadurch ein beträchtlicher Teil des Lichtes verloren geht, baut man einen Wellenleiter ein, der das Licht innerhalb des Undulators auf einen kleinen Querschnitt zusammenhält.

 

 
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