Lasers UV à électrons libres

Abstract

Résumé : Les Lasers à Électrons Libres &EL) sont des sources cohérentes, accordables, de puissance moyenne élevée et de durée picoseconde. Les LELs couvrent, actuellement, une vaste gamme spectrale allant des ondes millimétriques au VUV. Dans le domaine UV-VUV-X, les LELs sont implantés sur des accélérateurs linéaires ou sur des anneaux de stockage. L'état de l'art du point de vue des performances est ici brossé. PRINCIPESLes LELs sont des sources de rayonnement cohérent et accordable, résultant de l'interaction d'une onde optique avec un faisceau d'électrons relativistes circulant dans le champ magnétique Bo permanent sinusoïdal de période ho d'un "onduleur". Les particules relativistes accélérées émettent donc un rayonnement synchrotron à la longueur d'onde h, dite de résonance, et ses harmoniques impaires, sur h,. Bo(T) et y est l'énergie des particules E, normalisée par rapport à leur énergie au repos (0,511 MeV). L'interaction de cette onde optique avec le paquet d'électrons se réalise au fur et à mesure de la progression dans l'onduleur, et se produit généralement sur de multiples passages lorsqu'une cavité optique de longueur adaptée à la récurrence des paquets d'électrons, permet de stocker le rayonnement. Un échange d'énergie a lieu entre l'onde optique et les particules chargées, conduisant, sous certaines conditions, à une modulation de la densité électronique des paquets d'électrons à la longueur d'onde de la lumière, mettant ainsi en phase l'émission et renforçant la cohérence du rayonnement produit. Un échange d'énergie au deuxième ordre entre I'onde optique et le faisceau d'électrons conduit à l'amplification de l'onde lumineuse stockée dans la cavité optique qui voit alors, au fur et à mesure des allers-et-retours dans la cavité, son intensité augmenter de façon non linéaire jusqu'à atteindre la saturation où le gain du système devient égal aux pertes du résonateur optique, et sa largeur spectrale et temporelle s'affiner. Le gain par passage augmente avec la longueur d'interaction, la densité électronique et diminue avec l'énergie du faisceau [Il.