近区场电子激光器制造技术

这种近区场电子激光器由振荡电子近区场能量产生，它包括光源和密封容器两部分。它的工作物质是电子。密封容器内充满电子气，光源产生入射光，在入射光照射下，电子将会作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，并发射次级电磁波，令密封容器内电子间的平均距离远小于入射光的波长，使振荡电子处于彼此的近区场，当入射光的电场强度方向和两个振荡电子的电矩在同一径向直线上且同向时，振荡电子之间是径向吸引力，在入射光电场强度及径向吸引力作用下，电子将会在同一径向直线上且同向振动，并且频率、振幅和相差恒定，类似于由N条相同天线沿径向等距排列成的天线阵，利用各振荡电子辐射的干涉效应来获得较强的方向性及强度，形成激光。

【技术实现步骤摘要】

这种近区场电子激光器由振荡电子近区场能量产生，它包括光源和密封容器两部 分。它的工作物质是电子。密封容器内充满电子气，光源产生入射光，在入射光照射下，电 子将会作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，并发射次级电磁波，令密封容器内电子间的 平均距离远小于入射光的波长，使振荡电子处于彼此的近区场，当入射光的电场强度方向 和两个振荡电子的电矩在同一径向直线上且同向时，振荡电子之间是径向吸引力，在入射 光电场强度及径向吸引力作用下，电子将会在同一径向直线上且同向振动，并且频率、振幅 和相差恒定，类似于由N条相同天线沿径向等距排列成的天线阵，利用各振荡电子辐射的 干涉效应来获得较强的方向性及强度，形成激光。
技术介绍
自由电子激光相干性不够好。普通激光需要复杂的透镜和冷却系统。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供一种近区场电子激光器。这种近区场电子激光由 振荡电子近区场能量产生，它包括光源和密封容器两部分。它的工作物质是电子。密封容 器内充满电子气，光源产生入射光，在入射光照射下，电子将会作受迫振动，类似于一个振 荡电偶极子，并发射次级电磁波，令密封容器内电子间的平均距离远小于入射光的波长，使 振荡电子处于彼此的近区场，当入射光的电场强度方向和两个振荡电子的电矩在同一径向 直线上且同向时，振荡电子之间是径向吸引力，在径向吸引力作用下，电子将会在同一径向 直线上且同向振动，并且频率、振幅和相差恒定，类似于由N条相同天线沿极轴等距排列成 的天线阵，利用各振荡电子辐射的干涉效应来获得较强的方向性，形成激光。 这种近区场电子激光器基于以下的原理： 电子带负电荷，在入射光照射下，电子将会作受迫振动，类似于一个振荡电偶极 子，并将发射次级电磁波。 当入射光的电场强度方向和两个振荡电偶极子的电矩在同一径向直线上且同向 时，两振荡电偶极子之间是相互吸引的径向作用力，也就是说，两个振荡电子之间是相互吸 引的径向作用力。 根据光的电磁理论，光是由加速电荷产生。高速加速电荷通常只存在于电子加速 器和其它高能粒子加速器或宇宙空间中，普通的实验室光源，例如紫外光，可以认为是由低 速加速电荷产生的，低速加速电荷可以考虑为振荡电偶极子。 设入射光由低速加速电荷产生，设低速加速电荷带电量为Q，振幅为a，频率为《， 则这个振荡电偶极子的辐射电场为^ :式中￡。是真空介电常数，c是真空光速，R是观察点到振荡电偶极子中心的距离。 令贝1J公式⑴变为 电场强度;^将会使电子作受迫振动，类似于一个振荡电偶极子，它的振荡频率 等于入射光的频率《，并发射次级电磁波。 设电子1的带电量为qe，振幅为，在球坐标中，振荡电子1的近区电场强度和磁 场强度分别为： 式中r是观察点到振荡电子1中心的距离，是入射光的波 长。 设振荡电子2在观察点，因此振荡电子1和振荡电子2的距离是r。当电场强度 耳斤沿f方向时，9 = 〇,公式⑷、（5)和（6)变为 振荡电子2在电场强度;^和:^作用下作简谐受迫振动，其振荡频率等于入射 光的频率《，并将发射次级电磁波。设其质量为％，带电量为，振幅为1 2，则振荡电子2在 7方向上的运动方程为：式中是振荡电子2的固有频率，Y是阻尼系数， RI为V < < ?,所以 因为振荡电子2可以考虑为振荡电偶极子，定义振荡电子2的电偶极矩为g并沿 T7方向，则 电场强度％和距离r没有关系，因此不会给振荡电子2 f方向的力。 振荡电子1的近区电场强度;^将会给振荡电子2 f方向的力FN，电场强度;^、 振荡电子1和振荡电子2的电矩沿r连线且同向， 由公式（16)可知，在近区，振荡电子1和振荡电子2之间有f方向上的吸引力。 电子1和电子2之间有库仑斥力Fc:时， Fn+Fc< 0 (19) 在入射光电场强度及近区场径向吸引力FN作用下，这些电子将在同一径向直线上 且同向振动，并且频率、振幅和相差恒定，类似于由N条相同天线沿径向等距排列成的天线 阵，利用各条天线辐射的干涉效应来获得较强的方向性，形成激光。（参考文献1). 由于振荡电子1和振荡电子2质量和电荷都相等，振荡电子1和振荡电子2可以 互换，因此振荡电子1和振荡电子2的振幅相等，同理可知密封容器里振荡电子的振幅都相 等，ln=lnl =…=12= 1F1 (20) 式中ln是振荡电子n的振幅，1ni是振荡电子n-1的振幅。 因为入射光电场强度和及近区场径向吸引力^同时作用于密封容器里内电子，因 此密封容器里内电子的振荡频率和相位相同，振荡电子1的辐射电场强度为E。，振荡电子2的辐射与振荡电子1的辐射有相位差krcos0，余类推，因此总辐射电 场为E， 因而角分布为每个振荡电子的角分布乘上因子 此式当 nkr cos9=2mJr，m=±l，±2... (24) 时有零点，沿这些方向的辐射为零。角分布分为若干瓣，辐射能量主要集中在主瓣 内。令V= 主瓣的张角$由下式确定： nkr sin 边=2 JT (25)即当 nr>>A (27) 时，也就是密封容器内电子数和电子之间的距离之积远远大于波长时，可以获得 高度定向的辐射。 根据以上近区场电子激光器原理，先将密封容器抽真空，使密封容器内压强低于 lPa，再将电子气注入，为使振荡电子处于彼此的近区场，密封容器内电子间的平均距离应 远小于入射光的波长，r<<A。也就是电子数密度远远大于入射光波长的负三次方。从 入射光波长可知需要的粒子数密度。 因密封容器内充满电子气，密封容器应该使用玻璃或塑料制成。 用入射光照射电子，使入射光的电场强度方向和振荡电子的电矩在同一径向直线 上且同向。从公式（2)、（16)可以看到，振荡电子1和振荡电子2之间的吸引力F随着A和 ?的增大而增大，随着距离r的减少而增大，A随着Q的增大而增大，A随着R的减少而增 大。因此，要增大激光器的辐射强度以及方向性，可以通过增大入射光的频率、增大产生入 射光的加速电荷的带电量Q和振幅a、减少振荡电子与产生入射光的加速电荷之间的距离、 增加振荡电子数来实现。 入射光可采用激光，也可以用平行单色光。 也可以使电子对撞，进入彼此的近区场，再用入射光照射对撞中的电子，产生激 光。【具体实施方式】 下面介绍一具体实施例，【具体实施方式】不局限于此例。 如果密封容器内有空气，空气分子的热动能将会影响激光器的辐射强度以及方向 性，所以要先将密封容器抽真空，使密封容器内压强低于lPa。抽真空后，再将电子气注入， 为使振荡电子处于彼此的近区场，密封容器内电子间的平均距离应远小于入射光的波长，r <<A。因为电子间的平均距离r和电子数密度p有如下关系： 凶此电于数嵆度P和人射光的波长A有如下关系： p>>A3 (29) 也就是电子数密度远远大于入射光波长的负三次方。从入射光波长可知需要的电 子数密度。 因为电子是从气体电离产生的，氢分子有2个电子，每摩尔氢气有6. 023X1023个 氢分子，从入射光波长可知需要电离的氢气摩尔数。 因密封容器内充满电子气，密封容器应该使用玻璃或塑料制成。 电子气注入后，用入射光照射电子，使振荡电子处于彼此的近区场，使入射光的电 场强度方向和振荡电子的电矩在同一径向直线上且同向本文档来自技高网...

【技术保护点】
近区场电子激光器，其特征在于：它包括光源和密封容器，密封容器内充满电子气，光源产生入射光，入射光是平行单色光，密封容器内电子间的平均距离远小于入射光的波长，电子数密度远远大于入射光波长的负三次方，密封容器内电子数和电子之间的距离之积远远大于入射光波长，振荡电子处于彼此的近区场，入射光的电场强度方向和两个振荡电子的电矩在同一径向直线上且同向，振荡电子之间是径向吸引力，电子都在同一径向直线上且同向振动，并且频率、振幅和相差恒定，利用各振荡电子辐射的干涉效应来获得较强的方向性和强度，形成激光。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚炳新，
申请(专利权)人：龚炳新，
类型：发明
国别省市：广东;44