لیزرهای الکترون آزاد

لیزر الکترون آزاد:
آخرین نوع لیزر که بدان می پردازیم، با تمام انواعی که تا به حال بررسی کردیم تفاوت اساسی دارد. در این لیزر، محیط فعال به سادگی تنها از باریکه ای ازالکترونهای آزاد تشکیل شده است و در اثر افزایش و کاهش  شتاب  این الکترونها درمیدان مغناطیسی، گذارهای نوری که عمل لیزر مبتنی بر آنهاست،‌انجام می شوند. این لیزرشامل عبور باریکه ای از الکترونهای بسیار پر انرژی حاصل از یک شتابدهنده از بین قطبهای تعدادی آهنربا با قطبیت متناوب است که به فواصل منظم از هم قرار دارند. نوعاً الکترونها به انرژیی در گستره 10 تا MeV 10 نیاز دارند و فاصله آهنرباها باید چند سانتی متر باشد. در نتیجه، الکترونها مرتباً در راستای عمود بر حرکت شتاب می گیرند و آن را از دست می دهند و همان طور که ملاحظه می شود یک مسیر نوسانی ایجاد می شود. به همین علت معمولاً‌ به این آهنرباها عنوان آهنرباهای تکان دهنده اطلاق می شود. اثر این فرایند، ایجاد نشر تابش ترمزی ( برمزاشترالونگ ) درطول محور لیزر است که سپس بین آینه های موازی به دام می افتد و طبق روش معمول باعث برانگیزش بیشتر نشر می شود.
طول موج نور نشر شده از لیزر الکترون آزاد، توسط انرژی الکترونها و فاصله بین آهنرباها، تعیین می شود. الکترونهای پرانرژی در کسر قابل ملاحظه ای از سرعت نور حرکت می کنند که می توان آن را با پارامتر f مشخص کرد، این پارامتر نمایانگر نسبت انرژی کل نسبیتی به انرژی جرم در حال سکون آنهاست. اگر فاصله آهنرباها را با d نشان دهیم، آنگاه طول موج نشر لیزر توسط فرمول ساده زیر به دست می آید:
l= d/2 f                                           
چون انرژی الکترونهای خروجی از شتابدهنده می تواند به طور پیوسته تغییر کند، باز هم لیزری با توانایی کوک پذیری خواهیم داشت.
با وجود این برخلاف لیزر رنگینه ای، در اصل هیچ محدودیتی در کوک پذیری در گستره زیر قرمز، مرئی و فرابنفش طیف الکترومغناطیسی وجود ندارد. به علاوه، این نوع لیزر قادر به ایجاد توانهای متوسط زیاد و کارایی معقولی است. برای مثال وسیله ای در آزمایشگاه پژوهشی نیروی دریایی امریکا، قادر است تپهای MW 75 تابش mm 4 را با کارایی تقریباً 6% ایجاد کند. با این حال، به طور معمول کارایی نورمرئی و فرابنفش به مراتب کمتر است و تلاشهای پژوهشی زیادی در راستای حل این مسئله در حال انجام است.نه تنها از  لحاظ نیازمندیهای توان بالا و حجم زیاد یک شتاب دهنده الکترون مناسب بلکه به دلایل بسیاری، لیزر الکترون آزاد به طور تجاری تولید نمی شود و احتمالاً‌ در این ایام جزء ابزار پژوهشی بسیار تخصصی باقی خواهد ماند. با وجود این، در کاربردهایی که تابش کوک پذیر در توانهای خیلی زیاد مورد نیاز است، لیزر الکترون آزاد کارایی خود را به اثبات خواهد رساند.