[发明专利]激光驻波中的光子-电子背散射激光器

说明书

技术领域本发明属于光学仪器中激光器领域。

背景技术激光在现代科学、技术、医疗、工业、国防等领域都有不可代替的重要作用，因此需要进一步的发展。如何产生更短波长的激光，特别是伽玛激光，这一直是该领域的前沿课题。美国利用自由电子激光已经产生了X-激光，但却难以产生伽玛激光。对于自由电子激光，周期磁场是必不可少的。我们提出了光子-电子背散射激光器方案。按这一方案，周期磁场也是必不可少的，此外入射激光也是必不可少的。能否不用周期磁场而制作能产生伽玛激光的激光器？本发明的回答是肯定的。本发明提出的激光驻波中的光子-电子背散射激光器方案，不需要周期排列的磁铁产生的周期磁场，这是这种激光器与其它激光器的本质差别。这不仅仅能产生更短波长的激光，而且其结构也更简化。

发明内容一种激光驻波中的光子-电子背散射激光器，其特征在于，波长为λ_i的入射激光在激光驻波腔中形成激光驻波，单色入射电子束与激光驻波中的光子背散射产生波长为λ_f的光，波长λ_i和波长λ_f满足

λ_i＝mλ_f，m＝1，2，…(1)

单色入射电子束脉冲宽度τ与入射激光波长λ_i满足

τc＞λ_i(2)

适当选择入射激光和入射电子的能量，条件(1)能够实现^[1]。条件(2)容易满足。实际上，现在的电子脉冲宽度在τ～10^-12s，τc～100μm，这充分地满足条件(2)。

上述这种激光器中的激光驻波腔由图1相互平行安置的A、B、C镜及垂直于A、B、C镜的周边构成，对于波长为λ_i的光，A为反射镜，B为透射镜，C为反射镜，对于波长为λ_f的光，C是透射镜；A、C镜相对表面之间的光程L和波长λ_i满足

L＝n₁(λ_i)CB₁+n₂(λ_i)B₁B₂+n₃(λ_i)B₂A＝lλ_i/2，(3)

式中，n₁(λ_i)、n₂(λ_i)、n₃(λ_i)分别是波长为λ_i的光在真空中、在B镜中、在激光驻波腔BA部分的介质中的折射率，CB₁、B₁B₂、B₂A分别是C镜面到B镜面的距离、B镜的厚度、B镜面到A镜面的距离，l是一个正整数；激光驻波腔的BA部分填充有激发后能辐射波长为λ_i光的介质，在这部分空腔的内部或外部，有能将其中介质激发到激发态的装置；激光驻波腔的CB空腔和与这个空腔连通的空腔被抽成真空。

对波长为λ_i的光，A和C镜的反射率和B镜的透射率应尽可能地高。由于这里的入射激光就是普通波长的激光，这容易做到。而C镜对于波长为λ_f的背散射光是透明的。因为伽玛激光的透射率很高，这能做到。但由于其光子能量很高，容易摧毁C镜。为此，C镜应尽可能地薄，必要时，还应该快速冷却。将A、B之间介质激发到激发态的装置有多种，如向AB之间介质辐射必要电磁波(其频率ω≥ω_i)的装置。

入射电子束进入激光驻波腔中后，其运动方向平行于激光驻波腔轴线、即垂直于A、C镜面；入射激光垂直于A、C镜面，在条件(3)下，在A、C镜之间来、回反射的入射激光形成激光驻波；入射电子与激光驻波中光子发生背散射；图1中实线表示电子束运动轨迹及方向，虚线表示入射激光垂直于A、C镜面。

入射激光也可以是多频的，其频率是

ω_i，3ω_i，…(2k+1)ω_i，k＝1，2，…，(4)

这些频率的入射激光都垂直于A、C镜面，在C镜面上的位相Φ满足

Φ＝nπ，n＝0，1，…；(5)