レーザー技術入門[8]

その他のレーザー

ここでは、新しいタイプのレーザーを解説する。

自由電子レーザー

磁場中を進む自由電子は、磁場との作用でローレンツ力が生じ、コースが曲がる。
自由電子の速度が非常に高速の場合、曲がるときに単色の光を放つ。この現象をシンクロトロン放射という。

このシンクロトロン放射をレーザーとして利用したものが、自由電子レーザーである。
相互に逆を向いた磁場を、等間隔で並べた機構をウィグラ(周期磁場)という。
自由電子のビームは磁場で曲げられながら、ウィグラの間をくねくねと蛇行しながら進むのだ。
このとき放たれたシンクロトロン放射光を光共振器で発振されレーザー光になるのである。

自由電子レーザーは以下の３つのモジュールから構成されている。

モジュール	役割
電子加速器	高速の電子ビームを生成する。
ウィグラ(周期磁場)	電子ビームを曲げシンクロトロン放射光を生成するための磁場を与える。
光共振器	シンクロトロン放射光を共振させる。

自由電子レーザーの波長は、ウィグラの周期と相対論的係数に依存している。
ウィグラの周期は装置固有の寸法なので変更できないが、相対論的係数は電子加速器を操作してコントロールすることができる。
電子の速度が変われば、相対論的係数も変化するからだ。
このことは、自由電子レーザーの波長が可変であることを示している。

これから明らかなように、自由電子レーザーは反転分布や誘導放出を必要としない。
Laserという語の定義立ち返れば、自由電子レーザーはレーザーではないはずだ。
しかし、光線の性質や慣例から、自由電子レーザーはレーザーとして分類されている。

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2006/01/14

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