Laser na swobodnych elektronach

Laser na swobodnych elektronach (ang. Free-electron laser – FEL) – urządzenie emitujące spójne promieniowanie elektromagnetyczne takie jak wytwarza laser. Jednak w przeciwieństwie do zwykłych laserów, w których promieniowanie powstaje w materii, w laserze na swobodnych elektronach promieniowanie emitują bardzo szybko poruszające się w próżni elektrony w specjalnie ukształtowanym polu magnetycznym. W laserze na swobodnych elektronach długość emitowanej fali nie jest ograniczona przez konkretne przejścia między dyskretnymi poziomami energii w materii, a wynika z konstrukcji urządzenia, dzięki temu lasery tego typu są łatwo przestrajalne i mają najszerszy zakres emitowanych częstotliwości spośród wszystkich laserów^[1]. Skonstruowano lasery na swobodnych elektronach emitujące promieniowanie w zakresie długości fal od mikrofal, przez podczerwone, świetlne, ultrafioletowe aż do rentgenowskiego.

Lasery na swobodnych elektronach z zakresu ultrafioletu i promieniowania rentgenowskiego wytwarzają niezwykle krótkie, spójne i jasne laserowe impulsy fotonowe, które umożliwiają obrazowanie materii w rozdzielczości atomowej i w skalach czasowych krótszych niż charakterystyczne ruchy atomowe. W impulsach o czasie trwania około 50 femtosekund zapewniają one tyle fotonów, ile otrzymuje się w 1 sekundzie z nowoczesnych synchrotronów z pierścieniem akumulacyjnym. Laser na swobodnych elektronach FLASH w DESY w Hamburgu, był pierwszym FEL w zakresie widm miękkiego promieniowania rentgenowskiego, zaczął działać jako obiekt użytkownika latem 2005 r., i przez prawie 5 lat był jedynym urządzeniem FEL o tak krótkiej długości fali na świecie^[2].

Chociaż podstawowa zasada leżąca u podstaw działania lasera na swobodnych elektronach jest prosta, zbudowanie działającego urządzania emitującego promieniowanie w zakresie rentgenowskim jest trudne i kosztowne.