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Láser de electrones libres
Antero Arguelles Najera
April 5, 2018
El láser de electrones libres o FEL por sus siglas en ingles(Free-electron laser), es una fuente de radiación,
que utiliza un haz de electrones que proviene de un acelerador y produce un pulso ultra-rápido de radiación
coherente, que tiene una gran potencia y es altamente ajustable. El láser de electrones libres tiene sus origen
desde 1951 por Hans Motz en Stanford, quien introdujo el concepto de ondulador (en ingles undulator), en
el cual se baso el dispositivo. En 1970 John Madey propone la idea de un láser de electrones libres y la
primera demostración experimental fue hecha en 1976 por un grupo de investigadores en la universidad de
Stanford. La primera emisión en el visible por el láser de electrones libre, fue al producir luz roja en 1982
en Orsay, Francia.
El láser de electrones libres esta compuesto por tres partes fundamentales que son: el acelerador de
electrones, el ondulador(mas adelante se explicara este dispositivo) y una cavidad de resonancia. En el
acelerador de electrones se produce un haz relativista de electrones con una enerǵıa desde MeVs hasta GeVs,
con un pico de corriente de unos cientos de miliampers hasta diez kiloampers, estos electrones generados
pasan por un dispositivo llamado ondulador, el cual produce un campo magnético transversal, es decir, que
es perpendicular a la dirección en la que viaja el electrón, cabe destacar que este es un campo magnético
estático en el tiempo, pero varia sinusoidal-mente en el espacio, la cavidad de resonancia se genera usualmente
con un resonador Fabry-Perot con espejos en los extremos . El esquema se muestra en la siguiente figura
Figure 1: Esquema de un láser de electrones libres[2]
Un ondulador es un dispositivo que consiste de dipolos magnético, que tienen una polaridad alternada.
Cuando la enerǵıa del haz de electrones que emerge del acelerador , los electrones experimentan la fuerza de
1
Jose
Resaltado
Jose
Resaltado
Calificación: 8.5
¿Qué relación tiene con lo visto en clase?
Lorentz y empiezan a oscilar un plano,al hacer oscilar las cargas que se mueven con velocidades relativistas
los electrones radian. Como podemos ver el ondulador es el dispositivo principal del láser de electrones. Si
suponemos que el ondulador nos genera un campo eléctrico
Bu = ŷBucos(kuz) (1)
Donde Bu es la amplitud y Ku =
2p
Iu
y Iu(en el esquema lo encontramos como λu) es el periodo del ondulador.
Por lo que es posible calcular la frecuencia a la que irradia el electron es
IR =
Iu
2g2
(1 +
K2
2
) (2)
Donde K se le conoce como parámetro ondulador y esta definido como K = eBuIu/2pmc y g es la enerǵıa
con la que llega el electrón al ondulador y esta dado en unidades de enerǵıa de la masa en reposo del electrón.
Como podemos ver una de las ventajas que tiene el láser de electrones libres es que no depende de
las longitudes de ondas asociadas a un elemento de la tabla periódica, por lo que podemos seleccionar la
longitud de onda con la que se desea trabajar y la potencia de está. El láser de electrones libres tiene
distintas aplicaciones en la actualidad, en el área de f́ısica como lo es la materia condensada, en el área de
qúımica se a utilizado para manipular las vibraciones moleculares.
1 Referencias
• [1] Srinivas Krishnagopal, Vinit Kumar, Sudipta Maiti, S. S. Prabhu and S. K. Sarkar.(25 October
2004). Free-electron lasers.CURRENT SCIENCE.VOL.87 NO.8
• [2] https://www.star.le.ac.uk/ zrw/courses/lect4313.html
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Jose
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¿?