فصل چهارم- نتیجه گیری
۱-۴- مقدمه …………………………………………………………………………………. ۶۴
۴-۵- پیشنهادات…………………………………………………………………………….. ۶۶
منابع و ماخذ …………………………………………………………………………………. . ۶۷
فهرست اشکال
عنوان صفحه
فصل اول:
شکل(۱-۱)- نمایی کلی از لیزر الکترون آزاد ……………………………………………………. ۵
شکل(۱-۲)- نمایی کلی از ویگلر پیچشی …………………………………………………………۶
شکل(۱-۳)- طیف تقریبی طول موجی که توسط هر یک از شتابدهنده ها حاصل می گردد ……۷
شکل(۱-۴)- شرط تشدید زمانی رخ می دهد که الکترون پس از طی کردن یک پریود ویگلر به اندازه یک طول موج تابشی از پالس لیزری عقب بیفتد و تا زمانی که این تفاوت سرعت بین باریکه الکترونی و موج الکترومغناطیس تنظیم شود همواره انرژی از باریکه به موج نوری منتقل میشود…………………………………………………………………………………………… ۱۰
شکل(۱-۵)- یک باریکه الکترونی نسبیتی که از یک پلاسمای یونیزه شده منتشر می شود الکترون های پلاسما توسط راس باریکه به بیرون رانده می شوند و یک کانال یونی غیر خنثی از یون های مثبت با کانال یونی باقی میماند که سبب تمرکز الکترون های باریکه میشود …………………۱۳
فصل دوم:
شکل (۲-۱)- بر حسب وقتی …………………………………. ۲۷
شکل (۲-۲)- بر حسب وقتی …………....…………………… ۲۸
شکل(۲-۳)- بر حسب ………………………………………….۲۹
شکل (۲-۴)- تابع زمانی که بر حسب وقتی ……………… ۳۰
شکل(۲-۵)- تابع برای حالت بر حسب …………………. ۳۱
شکل (۲-۶)- تابع زمانی که برحسب وقتی ……………… ۳۲
شکل(۲-۷)- بر حسب وقتی دارای مقادیر مختلفی باشد…………… ۳۳
شکل (۲-۸)- بر حسب وقتی دارای مقادیر مختلفی باشد………… ۳۴
فصل سوم:
شکل (۳-۱)- نمودار نرخ رشد امواج راست و بار-فضا به ازای ۲/۰ ، منحنی a به ازای
۰ ، منحنی b به ازای ۱/۰ ، منحنی c به ازای۲/۰ و منحنی d به ازای ۳/۰ ………………………………………………………………….. ۵۵
شکل (۳-۲)- نمودار نرخ رشد امواج راست و بار-فضا به ازای ۳/۰ ، منحنی a به ازای۰ ، منحنی b به ازای ۱/۰ ، منحنی c به ازای۲/۰ و منحنی d به ازای ۳/۰ ………………………………………………………….. ۵۶
شکل (۳-۳)- بر حسب برای مدارهای گروهII با ………….. ۵۸
شکل (۳-۴)- بر حسب برای مدارهای گروهII با ………… ۵۹
شکل (۳-۵)- بر حسب برای مدارهای گروهII با ………….. ۶۰
شکل (۳-۶)- بر حسب برای مدارهای گروهII با ………….. ۶۱
برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت jemo.ir مراجعه نمایید. |
علایم اختصاری
FEL ……………………………………………….. …………………. free electron laser
فصل اول- مقدمه ای بر لیزر الکترون آزاد
۱-۱- مقدمه
لیزر الکترون آزاد (FEL)[1] طرحی کلاسیکی است که می تواند تابش همدوس با توان بالا در ناحیه وسیعی از طیف الکترومغناطیس بسازد. در حالی که لیزرهای گازی و لیزر های حالت جامد فقط در طول موجهای تابش دارند که در اصطلاح مکانیک کوانتمی معادل با گذار الکترون از یک تراز انرژی به تراز دیگر باشد. لیزرهای رنگ نیز، دریک محدوده طیفی محدود کوک پذیر هستند و نیاز به یک لیزر گازی برای پمپاژ دارند و به طور نسبی در ترازهای توان پایین به فعالیت واداشته می شوند. علاوه بر این، لیزر معمولی به طور متداول تنها چند درصد انرژی دریافتی به نور تبدیل میکند، محاسبات نظری نشان میدهد که لیزر الکترون آزاد قادر است به بازده بالای ۶۵٪ دست یابد در حالی که راندمان آن ۴۰٪ در آزمایشگاه نشان داده شده است. در یک لیزر معمولی موج الکترومغناطیس در یک تشدید کننده با عبورهای متوالی از محیط فعال و با بهره گیری از فرایند گسیل القایی تقویت میشود اما در لیزر الکترون آزاد مبادله انرژی از طریق برهمکنش موج الکترومغناطیسی با باریکه الکترونی که در میدان حرکت میکند، صورت میگیرد.
در سال ۱۹۵۱ هانز ماتس[۲] از دانشگاه استنفورد به طور تحلیلی نشان داد که موج تابشی میتواند همراه باریکه الکترونی عبور کننده از میان موجبر مغناطیسی تقویت شود[۳-۱]. که این تحلیل، بعدها پایه تئوری عملکرد لیزر الکترون آزاد شد. ماتس و همکارانش در مدت کوتاهی با انجام آزمایشات، موفق به تولید دو تابش ناهمدوس در بخش آبی- سبز طیف و انتشار همدوس در طول موجهای میلیمتری طیف شدند. استفاده از میدانهای مغناطیسی متناوب در میزر (تقویت مایکروویو از طریق گسیل القائی تابش) برای توانهای بالاتر، توسط تیوپهای مایکروویو قابل دسترس، به طور مستقل توسط رابرت فیلیپس[۳] در سال ۱۹۵۷ انجام شد[۴،۵]. واژه یوبیترون [۴] در این زمان به عنوان مخفف برای برهمکنش باریکه نوسانی مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، استفاده از لیزر الکترون آزاد به رسمیت شناخته نشده بود، برنامه یوبیترون در سال ۱۹۶۴ به علت یک تغییر کلی در استفاده از خلاء در فیزیک حالت جامد و فیزیک کوانتومی، متوقف شد. ظهور مجدد علاقه به این مفهوم، در اواخر سال ۱۹۷۰ هنگامی که میدی[۵] و همکارانش دستگاه لیزر الکترون آزاد را که در طول موجهای مادون قرمز عمل میکرد، تولید کردند، روز افزون گشت[۶]. اصطلاح لیزر الکترون آزاد در سال ۱۹۷۵ توسط جان میدی[۶] برای توصیف یک آزمایش در دانشگاه استنفورد، استفاده شد[۸،۷]. در این آزمایش با بهره گرفتن از باریکه الکترونی شتابدهنده خطی فرکانس رادیویی، یک گسیل القایی با طول موج mμ ۶/۱۰ در محدوده فروسرخ طیف تولید شد[۱۱-۹]. اولین لیزر نوری الکترون آزاد اپتیکی با بهره گرفتن از حلقههای ذخیره سازی انباشتی در دانشگاه پاریس ساخته شده است که روی بیش از یک طیف گسترده تنظیم پذیر بود[۱۵-۱۲].
طرحهای کاربردی از لیزر الکترون آزاد در این زمانه، طیف وسیعی از آزمایشات فیزیک حالت جامد تا زیست شناسی مولکولی را در بر میگیرد و طرحهای جدید گوناگونی برای اهداف ارتباطاتی، راداری و … در حال توسعه هستند. علاوه بر کارهای پژوهشی، لیزر الکترون آزاد در زمینه های چون گرم کردن پلاسمای محصور شده به طریق مغناطیسی و برای گداز هسته ای کنترل شده، استفاده میشود. لیزرهای الکترون آزاد بخصوص برای جراحی مناسباند. کاربرد بحث انگیز لیزرهای الکترون آزاد با توان زیاد و تپ بلند در امور نظامی از جمله در انهدام موشکهای بالستیکی است. در آزمایشهای اولیه پژوهشگران از یک ویگلر صفحه ای به طول ۱۵ متر با دوره ثابت و دامنه یکنواخت استفاده کردند، از آن موقع تا کنون طول ویگلر به ۲۵ متر رسانده اند و برای بالا بردن بازه تبدیل انرژی، کارهای در جهت دوکی شکل کردن ویگلر در جریان است. در حال حاضر، لیزر الکترون آزاد تا حد زیادی به آزمایشگاه محدود شده است. هم اکنون، اصول بنیادی لیزر الکترون آزاد به خوبی درک شده و هدف پژوهشها در مرحله اول توسعه و تکامل چشمههای باریکه الکترون و طرحهای ویگلر است[۱۶].
۱-۲- اجزاء لیزر الکترون آزاد
در شکل (۱-۱) نمایی کلی از لیزر الکترون آزاد نشان داده شده است، همانطور که میبینیم لیزر الکترون آزاد از ۲ بخش اساسی تشکیل شده است:
الف) میدان مغناطیسی دوره ای: به وسیله تعدادی آهنربا ( دائمی یا الکتریکی[۷]) که موسوم به ویگلر[۸] یا آندیولیتری[۹] است، ایجاد میشود که توسط آن انرژی جنبشی الکترونها به موج الکترومغناطیسی منتقل شده و سبب تقویت موج الکترومغناطیس می شود. این میدان ویگلر باعث حرکت تناوبی در الکترونها می شود.
- ۹۹/۰۹/۰۵