История лазера. Научное издание

В начале 1951 г. физик Ганс Мотц (19091987) предложил новый способ получения излучения на миллиметровых и субмиллиметровых длинах волн, который не включал явного упоминания процессов инверсии населенности или вынужденного излучения, даже если эти концепции неявно использовались в принципе работы. Позднее это устройство превратилось в один из многих путей получения лазерного излучения, получившего название лазер на свободных электронах. Сегодня это один из немногих лазеров, генерирующих очень короткие длины волн.

Мотц сделал свое предложение в 1951 г., когда он был в Стенфордском Университете (Калифорния, США). Его идея заключалась в том, чтобы пропустить пучок электронов через набор магнитов с переменной полярностью.

РџРѕРґ действием магнитного поля электрон движется уже РЅРµ РїРѕ РїСЂСЏРјРѕР№, Р° РїРѕ РґСѓРіРµ окружности. РљРѕРіРґР° электрон попадает РІ поле противоположного знака, РґСѓРіР° изгибается РІ противоположном направлении, Рё траектория становится последовательностью полуокружностей, как показано РЅР° СЂРёСЃ. 48. Рлектроны, движущиеся РїРѕ таким искривленным траекториям, должны испускать излучение согласно законам электромагнетизма. РџСЂРё определенных условиях излучение РѕС‚ отдельных сегментов может стать непрерывным цугом волн. Поскольку электроны РІ пучке движутся СЃ очень высокой скоростью, необходимо учитывать теорию относительности. РћРЅР° показывает, что благодаря ограничениям, следующим РёР· этой теории, длины волн испускаемого излучения связаны СЃ радиусами полуокружностей, РЅРѕ РјРЅРѕРіРѕ короче, попадая РІ область миллиметров или субмиллиметров, Р° РїСЂРё особых конструкциях даже РІ видимый спектр Рё еще короче длин волн. Рнтересной особенностью такого устройства является то, что РїСЂРё изменении энергии электронов или РїСЂРё изменении расстояния между полюсами магнитов, можно изменять длину волны, С‚.Рµ. получать источник СЃ непрерывной перестройкой длины волны.

Мотц дал экспериментальную демонстрацию в 1953 г. в Стенфорде, используя линейный ускоритель, и получил излучение мощностью в несколько ватт на длине волны 1,9 мм.

Рис. 48. Мазер или лазер на свободных электронах. Пучок электронов проходит через ряд магнитов с противоположной ориентацией поля (N и S обозначают северный и южный полюса). В результате электрон совершает движение по полуокружностям в плоскости, ортогональной полям, и излучает электромагнитные волны (на рисунке не показаны)

Космические мазеры