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Lexikon der Optik: Freie-Elektronen-Laser

Freie-Elektronen-Laser, Abk. FEL (von engl. free electron laser), ein 1976 erstmalig realisierter Lasertyp, dessen aktives Medium ein hochenergetischer Elektronenstrahl bildet, der durch ein statisches, räumlich periodisch veränderliches Magnetfeld mehrfach abgelenkt wird. Die entsprechende Ablenkanordnung wird als Undulator oder Wiggler bezeichnet (Synchrotronstrahlung). Als Folge der Ablenkung geben die Elektronen einen Teil ihrer Energie als magnetische Bremsstrahlung ab. Die Wellenlänge der ausgesandten Strahlung wird dabei bestimmt durch die Stärke des Magnetfeldes, die Periode des Undulators sowie die Elektronengeschwindigkeit. Durch Rückkopplung der Strahlung in einem Resonator (die übliche Länge beträgt bis zu 5 m) wird Laseremission erreicht. Der prinzipiell mögliche Wellenlängenbereich umfaßt das gesamte Spektrum vom weichen Röntgengebiet bis in den mm-Bereich, wobei die bisher realisierten F. Strahlung im sichtbaren (kürzeste Wellenlänge λ=0,5 μm) und infraroten (bevorzugt bei λ=10 μm) Spektralgebiet liefern. Der prinzipiell mögliche Übergang zu kürzeren Wellenlängen wird aus technischen Gründen zunehmend schwieriger. Notwendig hierzu ist insbesondere die Erhöhung der Elektronengeschwindigkeit auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Allgemein liegt der Nachteil der F. in dem beachtlichen technischen Aufwand zur Erzeugung eines intensiven relativistischen Elektronenstrahls. Verwendet werden hierzu Linearbeschleuniger, Speicherringe wie auch Microtrons.

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