LASERS À ÉLECTRONS LIBRES

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 devient alors proportionnel au carré du nombre d'électrons, soit Ne2, alors qu'il est simplement proportionnel à Ne pour le rayonnement synchrotron. Comme Ne est de l'ordre de 109, il s'agit d'une forte amplification qui permet ainsi d'obtenir une émission laser.

Laser à électrons libres : principe

Dessin : Laser à électrons libres : principe

Dessin

Principe du laser à électrons libres. Un faisceau d'électrons (en bleu) issu d'un accélérateur parcourt une structure magnétique périodique, l'onduleur, dont le champ magnétique périodique (?0) fait osciller les particules autour de leur axe de propagation et leur fait émettre de la... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Rappelons que dans tout laser, le rôle de l'émission stimulée est bien de mettre en phase tous les émetteurs de photons en les « forçant » à émettre en même temps que l'onde incidente. Dans le cas du L.E.L., c'est le rayonnement synchrotron « incohérent » émis au début de l'onduleur qui initie la mise en phase des électrons en provoquant leur regroupement. Ce dernier se produit par modulation périodique de la vitesse des électrons lorsque ceux-ci sont soumis simultanément à deux champs transverses périodiques : celui de l'onduleur, qui est statique, et celui du rayonnement synchrotron émis. Dans le champ de l'onduleur, considéré comme dominant, les électrons acquièrent une vitesse transverse qui les couple au champ électrique de l'émission spontanée. Ce couplage garde le même signe pour un électron donné [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 4 pages

Médias de l’article

Laser à électrons libres : principe

Laser à électrons libres : principe
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Principe de l'effet Doppler-Fizeau relativiste

Principe de l'effet Doppler-Fizeau relativiste
Crédits : Encyclopædia Universalis France

graphique

Afficher les 2 médias de l'article


Écrit par :

  • : directeur de recherche au CNRS, Laboratoire de chimie physique, université de Paris-Sud

Classification

Autres références

«  LASERS À ÉLECTRONS LIBRES  » est également traité dans :

EUROPEAN XFEL (laser européen à électrons libres et à rayons X)

  • Écrit par 
  • Gabriel GACHELIN
  •  • 1 424 mots
  •  • 4 médias

Le laser européen à électrons libres et à rayons X de quatrième génération, construit à Hambourg en Allemagne, a été inauguré le 1 er  septembre 2017 après une mise en service préliminaire en mai 2017. Cet accélérateur linéaire est à ce jour la source de rayons X monochromatiques la plus intense du monde, capable de produire environ deux cents fois plus de flashes de rayons X par seconde (27 000 […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Jean-Michel ORTEGA, « LASERS À ÉLECTRONS LIBRES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/lasers-a-electrons-libres/