Röntgenlicht-Freie-Elektronen-Laser

Optische Laser können Röntgenstrahlen von Photonen nicht erzeugen. Deshalb wurden Freie-Elektron-Laser als äußerst intensive Quellen der Röntgenstrahlung entwickelt. Die Maximalhelligkeit dieser Anlagen übertrifft die anderer Quellen um mehr als zehn Größenordnungen. Die Freie-Elektronen-Laser erzeugen ein hartes Röntgenlicht mit sehr hoher Querkohärenz und von Femtosekunde-Pulslänge. Diese Eigenschaften öffnen neue Gebiete der Wissenschaft. In diesem Kurs wird eine Übersicht der Grundlagen der Freie-Elektronen-Laser-Physik behandelt. Wir fangen unsere Diskussion von Grundlagen der Teilchenbeschleunigung und Synchrotronstrahlung an, beschreiben die Elektronbewegung in einem Undulator und erklären die wichtigsten Schritte zur Ableitung der Gleichungen. Die wichtigsten Eigenschaften des Lasers im linearen und in nichtlinearen Regimen werden diskutiert. Das Grundprinzip der selbstverstärkten spontanen Emission (SASE) wird eingeführt und charakterisiert. Wir besprechen verschiedene neuentwickelte Schemas, um die Leistung der Laser zu erhöhen. Die theoretischen Grundlagen werden im Kurs durch die Ergebnisse von numerischen Simulationen und Experimenten teilweise illustriert. Die numerischen Algorithmen werden kurz besprochen.