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Concept
Laser à électrons libres
Résumé
Un laser à électrons libres (en free electron laser : FEL) est un type de laser qui fonctionne en utilisant des électrons qui ne sont pas liés à un atome, d’où l'adjectif « libres », pour créer des photons. La lumière produite est à la fois cohérente, intense et peut avoir une longueur d'onde située dans une large gamme, depuis les micro-ondes jusqu'aux rayons X durs, en passant par l'ultra-violet, le domaine visible et l'infrarouge.
Les lasers à électrons libres ont été suggérés en 1971 par le physicien John M.J. Madey, mais il n'a élaboré le premier laser de ce type avec ses collègues à l’université Stanford qu'en 1976.
Par la suite, la première démonstration expérimentale de l'effet SASE a été effectuée en 2003, par la machine de développement TESLA au sein du centre allemand DESY à Hambourg. Cette installation, rebaptisée FLASH (Free Electron LAser Hamburg), est maintenant utilisée à la fois comme machine de développement des technologies de laser à électrons libres, et comme installation de production de rayonnement FEL, dans une gamme d'énergie allant du visible à l'ultra-violet lointain. FLASH était en 2009 la seule installation de laser à électrons libres de grande envergure en fonctionnement.
D'autres projets de lasers à électrons libres ont été réalisés depuis FLASH. On peut notamment citer :
LCLS à Stanford, entré en service en
SACLA, le projet japonais de laser à électrons libres basé à Spring 8 et entré en service en 2011
le projet européen XFEL, lui aussi sur le site de DESY à Hambourg a été inauguré le 1er
Du fait de l'absence de miroirs adaptés, le phénomène de pompage laser utilisé dans les lasers classiques (par exemple dans les lasers à gaz, ou dans les diodes lasers) ne peut être employé pour produire de la lumière dans une large partie du spectre électromagnétique. Un principe de fonctionnement complètement différent doit alors être employé.
Les lasers à électrons libres ont un principe d'émission faisant intervenir des électrons non liés à un atome particulier.
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