Apparus en 1977, les lasers à électrons libres (LEL) ont suscité un vif intérêt dans la communauté scientifique. En effet, leur milieu actif utilise non pas des atomes et des molécules comme pour les lasers conventionnels, mais un faisceau d'électrons de haute énergie. Ce milieu amplificateur particulier permet de produire un rayonnement laser à toutes les longueurs d'onde, y compris celles qui ne sont pas accessibles aujourd'hui avec les lasers classiques (rayons X, par exemple), et en rend possible une variation continue, ce qui est essentiel pour la spectroscopie. Mais, comme les LEL font appel à des accélérateurs de particules, dont la taille varie d'une vingtaine de mètres – pour produire un effet laser dans l'infrarouge – à plus de 1 kilomètre – pour l'obtenir dans les rayons X –, ils présentent de sérieux désavantages : leur coût et leur encombrement. Malgré ce handicap, qui est justifié par leurs performances exceptionnelles (accordabilité et brillance spectrale), le L.E.L dans l'infrarouge est couramment utilisé aujourd'hui comme outil de recherche, tandis que le LEL dans les rayons X (LELX) a été mis au point en 2009.
1. Principe du laser à électrons libres (LEL)
Un laser est un amplificateur d'ondes électromagnétiques. Dans un LEL, le milieu amplificateur est constitué d'un faisceau d'électrons de haute énergie qui passe à travers un onduleur (fig. 1). Accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière, les électrons entrent en interaction avec un champ magnétique (transverse et alterné), fourni par les différents aimants constituant l'onduleur, et émettent spontanément des photons qui ne constituent rien d'autre qu'un rayonnement synchrotron. Ainsi, à chaque oscillation, un électron émet du rayonnement synchrotron. À la fin de son passage dans l'onduleur, il a émis un train d'onde. Si tous les électrons sont en phase, tous les trains d'onde émis le sont également. Ces derniers s'additionnent donc au lieu de tendre à se détruire lorsque des oscillations positives et négatives se trouvent au même endroit. Le rayonnement émis d […]
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