[發(fā)明專利]大功率連續(xù)輻射伽馬激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210127100.1
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN103378542B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳紫微;陳宇星;陳世浩
• 申請（專利權(quán)）人: 陳世浩
• 主分類號: H01S4/00
• 分類號: H01S4/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種大功率連續(xù)輻射伽馬激光器，屬物理儀器、能源、軍工領(lǐng)域。其特征是，在自由電子激光器中，在與電子束相反的方向上，對著電子束輸入高功率普通激光，入射電子束的速度和入射的激光的波長要滿足(1)?(2)式；對于大功率伽馬激光器，入射電子的數(shù)密度ρ_e滿足ρ_e≥ρ_e0，ρ_e0滿足(6)式；電子束通過的管道是圓筒形的，不僅僅分布有周期排列的扭擺磁鐵，而且與電源正極相連。這種激光器能夠更容易地實(shí)現(xiàn)可控核聚變，解決能源問題；在科研、工業(yè)和兵器領(lǐng)域有重要的不可代替的作用。

技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明屬物理儀器、能源、軍工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：伽馬(γ)射線是指波長短于0.2埃(2×10^-11m)的電磁波。γ射線的波長比X射線還要短，因此很難產(chǎn)生，γ激光就更難產(chǎn)生。在理論上，傳統(tǒng)自由電子激光器可以產(chǎn)生γ激光，但實(shí)際上很難做到。例如，自放大自發(fā)輻射(Self Amplified SpontaneousEmission，SASE)自由電子激光器在高頻時(shí)，其頻率和功率漲落很大，相干性不好；高增益高次諧波放大(High Gain High Harmonic Generation，HGHG)自由電子激光器，由于其種子激光頻率受限，很難實(shí)現(xiàn)γ激光。為得到X激光，SASE激光器采用自種子方案，HGHG可以采用級聯(lián)HGHG激光器，但新的問題(例如，設(shè)備復(fù)雜龐大)又出現(xiàn)了。因此，迄今沒有大功率連續(xù)輻射伽馬激光器。

γ射線激光器是很重要的。對于科學(xué)研究，有不可代替的重要作用。例如，單光子50MeV以上的γ射線激光可以用來識(shí)別原子核結(jié)構(gòu)。由此，人們對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)就能有更深刻的認(rèn)識(shí)；如果大功率連續(xù)輻射γ射線激光器能被制造出來，就可以更容易地實(shí)現(xiàn)可控核聚變，這樣能源問題就可以解決。此外，在工業(yè)、醫(yī)療、國防領(lǐng)域都有極其重要的作用。因此，研究制作γ射線激光是極其必要的。

基于低溫等離子體的特征，我們提出了一種伽馬激光器(I型)。這種伽馬激光器的波長不是可調(diào)的。

本發(fā)明提出一種大功率連續(xù)輻射伽馬激光器的制作方案，其波長是可調(diào)的，功率可以更大。

發(fā)明內(nèi)容：這種激光器是在傳統(tǒng)自由電子激光器基礎(chǔ)上發(fā)展而來.在傳統(tǒng)自由電子激光器中，嚴(yán)格周期排列的扭擺磁鐵和高能電子束是必要的，也是各種自由電子激光器的共同特點(diǎn)，本發(fā)明也具有這兩個(gè)特征。有的自由電子激光器，如SASE激光器不需要種子激光，自放大以實(shí)現(xiàn)激光輸出；有的自由電子激光器，如HGHG激光器需要種子激光，種子激光和高能電子束同方向輸入激光器中。

另一種傳統(tǒng)激光器是通過原子躍遷和諧振腔得到激光，其頻率低于X光，單色性很好，其功率可大可小。我們稱這種激光為普通激光，當(dāng)其功率很高時(shí)(例如，高于1000瓦)，稱為高功率普通激光。

大功率連續(xù)輻射伽馬激光器的制作方案如下：

一種大功率連續(xù)輻射伽馬激光器，其特征是，在自由電子激光器中，在與電子束相反的方向上，對著電子束輸入高功率普通激光，入射電子束的速度和入射激光的波長要滿足(1)-(2)式(見下文)。

這種激光器的第二個(gè)特征是，對于大功率伽馬激光器，入射電子的數(shù)密度ρ_e滿足ρ_e≥ρ_e0，ρ_e0滿足(6)式(見下文)。

這種激光器的第三個(gè)特征是，電子束通過的真空管道由導(dǎo)體制作，是圓筒形的，管道的壁上周期性地排列有極性相反的扭擺磁鐵，管道的壁與直流電源的正極相連。

這種激光器的第四個(gè)特征是，自由電子激光器中，輸入速度為v的電子束時(shí)，輸入與電子束方向相反的高功率普通激光及與電子束方向相同的普通激光。

這種激光器產(chǎn)生γ激光的機(jī)理如下：

入射的、與電子束方向相反的激光光子將與電子發(fā)生彈性散射。由于電子與這些光子的相對動(dòng)量很大，散射角θ＝π時(shí)的微分散射截面是主要的。對于出射的激光，也只有θ＝π的散射光，即背散射光才是重要的。