[发明专利]近区场电子激光器

说明书

技术领域

这种近区场电子激光器由振荡电子近区场能量产生，它包括光源和密封容器两部分。它的工作物质是电子。密封容器内充满电子气，光源产生入射光，在入射光照射下，电子将会作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，并发射次级电磁波，令密封容器内电子间的平均距离远小于入射光的波长，使振荡电子处于彼此的近区场，当入射光的电场强度方向和两个振荡电子的电矩在同一径向直线上且同向时，振荡电子之间是径向吸引力，在入射光电场强度及径向吸引力作用下，电子将会在同一径向直线上且同向振动，并且频率、振幅和相差恒定，类似于由N条相同天线沿径向等距排列成的天线阵，利用各振荡电子辐射的干涉效应来获得较强的方向性及强度，形成激光。

背景技术

自由电子激光相干性不够好。普通激光需要复杂的透镜和冷却系统。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种近区场电子激光器。这种近区场电子激光由振荡电子近区场能量产生，它包括光源和密封容器两部分。它的工作物质是电子。密封容器内充满电子气，光源产生入射光，在入射光照射下，电子将会作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，并发射次级电磁波，令密封容器内电子间的平均距离远小于入射光的波长，使振荡电子处于彼此的近区场，当入射光的电场强度方向和两个振荡电子的电矩在同一径向直线上且同向时，振荡电子之间是径向吸引力，在径向吸引力作用下，电子将会在同一径向直线上且同向振动，并且频率、振幅和相差恒定，类似于由N条相同天线沿极轴等距排列成的天线阵，利用各振荡电子辐射的干涉效应来获得较强的方向性，形成激光。

这种近区场电子激光器基于以下的原理：

电子带负电荷，在入射光照射下，电子将会作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，并将发射次级电磁波。

当入射光的电场强度方向和两个振荡电偶极子的电矩在同一径向直线上且同向时，两振荡电偶极子之间是相互吸引的径向作用力，也就是说，两个振荡电子之间是相互吸引的径向作用力。

根据光的电磁理论，光是由加速电荷产生。高速加速电荷通常只存在于电子加速器和其它高能粒子加速器或宇宙空间中，普通的实验室光源，例如紫外光，可以认为是由低速加速电荷产生的，低速加速电荷可以考虑为振荡电偶极子。

设入射光由低速加速电荷产生，设低速加速电荷带电量为Q，振幅为a，频率为ω，则这个振荡电偶极子的辐射电场为

式中ε₀是真空介电常数，c是真空光速，R是观察点到振荡电偶极子中心的距离。

令

A=Qa4πϵ0c2R---(2)]]>

则公式(1)变为

电场强度将会使电子作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，它的振荡频率等于入射光的频率ω，并发射次级电磁波。

设电子1的带电量为q_e，振幅为l₁，在球坐标中，振荡电子1的近区电场强度和磁场强度分别为：

式中r是观察点到振荡电子1中心的距离，r＞＞l₁，r＜＜λ，λ是入射光的波长。

设振荡电子2在观察点，因此振荡电子1和振荡电子2的距离是r。当电场强度沿方向时，θ＝0，公式(4)、(5)和(6)变为

振荡电子2在电场强度和作用下作简谐受迫振动，其振荡频率等于入射光的频率ω，并将发射次级电磁波。设其质量为m_e，带电量为q_e，振幅为l₂，则振荡电子2在方向上的运动方程为：