اكتشاف قوة ليزر الإلكترون الحر

ليزر الإلكترون الحر يعتبر ليزر الإلكترون حُرِّ (بالإنجليزية: Free-electron laser) الليزر الذي يَشتركُ في نفس الخصائص البصريةِ كأي ليزر تقليدي مثل إرسال شعاع يَشْملُ الإشعاعِ الكهرومغناطيسيِ المتماسكِ الذي يُمْكِنُ أَنْ يَصلَ إلى قوَّةَ عاليةَ، لكن يجب استخدام بَعْض مبادئِ التشغيل المختلفةِ لتَشكيل الشعاعِ. على خلاف الغازِ، السائل، أَو ليزر الحالة الصلبةِ مثل ليزرِ دايود، الذي تكون فيها الالكترونات مثارة في الحالةِ الذرّيةِ أَو الجزيئيةِ المقيدة، ويستخدم ليزر الإلكترون الحر شعاع إلكتروني نسبى كالوسط الذي يَتحرّكُ بحرية خلال تركيب مغناطيسي، ومن ثم مصطلح الإلكترون الحر. ّ يمتلك ليزر الإلكترون الحُرَّ مدى الترددِ الأوسعِ من أي نوع ليزر آخر، ويُمكنُ أَنْ يَكُونَ على نحو أكثر اتساعا ويَتراوحُ حالياً طوله الموجى مِنْ المايكروويف، خلال إشعاع التتراهيرتزِ والأشعة تحت الحمراءِ، إلى الطيفِ المرئيِ، وإلى الأشعة فوق البنفسجيِ، وإلى الأشعة السينيةِ.

لقد تم اختراع ليزر الإلكترون الحر مِن قِبل جون مادي في عام 1976 في جامعةِ ستانفورد. انطلق العملُ مِنْ بحثِ عملَ مِن قِبل (هانز موتز) الذي اقترحَ الترتيبَ المتمايلَ المغناطيسيَ الموجود في قلبِ ليزر الإلكترون الحُرِّ. استعمل (مادي) عديد من الأشعة إلكترونية متمايلة وبطول 5 أمتاراً لتَضْخيم إشارة. مباشرة بعد ذلك، مختبرات أخرى بالمعجّلاتِ بَدأتْ بتَطوير مثل هذا الليزر.

نظرًا لأن الطاقة الحركية الإلكترونية ومعلمات التموج يمكن تكييفها حسب الرغبة ، فإن ليزر الإلكترون الحر قابل للضبط ويمكن بناؤه لنطاق تردد أوسع من أي نوع آخر من الليزر ، [3] يتراوح حاليًا في الطول الموجي من الموجات الدقيقة ، من خلال إشعاع تيراهيرتز والأشعة تحت الحمراء ، إلى الطيف المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية.

تمثيل تخطيطي لمموج في قلب ليزر الإلكترون الحر.

طور جون مادي أول ليزر إلكتروني حر في عام 1971 في جامعة ستانفورد [5] باستخدام التكنولوجيا التي طورها هانز موتز وزملاؤه ، الذين قاموا ببناء مموج في ستانفورد في عام 1953 ، [6] [7] باستخدام التكوين المغناطيسي المتذبذب. استخدم مادي شعاع إلكترون 43 ميغا إلكترون فولت وتذبذب بطول 5 أمتار لتضخيم الإشارة.