【正文】 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 ： 高能自由電子激光及其應(yīng)用 高能自由電子激光及其應(yīng)用 ii 新 疆 大 學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 班 級(jí)： 物理學(xué) 044班 姓 名： 布爾汗 .沙拉木 論文（設(shè)計(jì)）題目： 高能自由電子激光及其應(yīng)用 專 題： 材料物理 要求完成的內(nèi)容： 查找相關(guān) 資料 了解 自由電子激光的 概念和 歷史發(fā)展 了解 電子在電磁場(chǎng)中的 運(yùn)動(dòng)特性 理解自由電子激光的原理 了解 自由電子激光的 的 應(yīng)用 發(fā)題日期： 2020年 12月 25日 完成日期： 2020年 05月 30日 實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)單位： 新疆大學(xué) 地點(diǎn)： 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 論文頁(yè)數(shù)： 頁(yè)； 圖紙張數(shù)： 頁(yè)； 指導(dǎo)教師 ： 教研室主任 ： 院 長(zhǎng) ： 新疆大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 iii 聲明 本人鄭重聲明： 此畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除了特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，本文不包含其他人或其它機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究 成果。對(duì)本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人與集體均已在文中作了明確標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本人完全了解學(xué)校、學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校與學(xué)院保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交此論文的復(fù)印件和電子版，允許此文被查閱和借閱。本人授權(quán)新疆大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院可以將此文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本文。 若在新疆大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文審查小組復(fù)審中，發(fā)現(xiàn)本文有抄襲，一切后果均由本人承擔(dān)（包括接受畢業(yè)論文成績(jī)不及格 、繳納畢業(yè)論文重新學(xué)習(xí)費(fèi)、不能按時(shí)獲得畢業(yè)證書(shū)等），與畢業(yè)論文指導(dǎo)老師無(wú)關(guān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 高能自由電子激光及其應(yīng)用 iv 摘 要 自由電子激光（ FreeElectron Laser,簡(jiǎn)稱 FEL）是自由電子為工作物質(zhì)的 一種完全新型的相干 光 源 。它 具有頻帶寬、頻率可調(diào) 諧 、光束質(zhì)量好、激光效率高 和 高功率等優(yōu)點(diǎn) 。這 些特點(diǎn) 與 其它相干光源所不可比擬的 。 本文 主要 介紹 的是 自由電子激光的基本概念 、 歷史發(fā)展 ，自由電子在電磁場(chǎng) 中的運(yùn)動(dòng)特性，有加速高速運(yùn)動(dòng)的情形 下的輻射功率角分布 。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步 討論了自由電子激光的產(chǎn)生機(jī)制：它是，高速運(yùn)動(dòng) 自由電子 在波蕩器的周期磁場(chǎng)中受到外加電磁波電磁場(chǎng)的 作用 ，在水平方向上受到調(diào)制而產(chǎn)生電子束的非對(duì)稱分布，在該分部下的電子束與外加電磁波之間的能量交換過(guò)程中，損失的能量多于吸收來(lái)實(shí)現(xiàn) 受激光 放大。最后，討論了自由電子激光在 生物科學(xué) 、 醫(yī)學(xué) 和 軍事方面的實(shí)際應(yīng)用。 關(guān)鍵詞 ： 自由電子激光 ， 波蕩器 ，非對(duì)稱分布的 電子束 ， 受激放大 ABSTRACT FreeElectron Laser (FEL) is a pletely new type of coherent light source with free electron as working media. Wide frequency bandwidth, frequency tune ability, high beam quality, high efficiency, and high power are the main advantages. These features are inimitable to the other coherent light sources. In this paper, we mainly introduce the basic concept of the FEL and its historical developments, characteristics of mo tion of free electrons in electromagic field, and the angular distribution of radiation power of accelerated highspeed electrons. Under the basis of which, we further discussed on the laser production mechanism of free electrons. It is just the stimulated emission of light which realized with much more lost of energy than absorption in the energy exchange process between external electromagic waves and the nonsymmetric distributed high speed electron beams which modulated by the electromagic field of the external electromagic waves within the periodic magic field of the undulator . Finally, we discussed the applications of the FEL on biological sciences, medicine, and military aspects. Key word: free electron laser, undulator, nonsymmetric distributed electronbeams, amplification by stimulation 新疆大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 1 目 錄 前 言 ............................................................................... 1 自由電子激光 ......................................................................... 1 自由電子激光的基本概念 ............................................................ 1 自由電子激光的發(fā)展概述 ............................................................ 2 自由電子激光的特性 ................................................................ 2 頻率可調(diào)、調(diào)諧范圍寬 ............................................................ 3 光束質(zhì)量好 ...................................................................... 3 激光功率高 ...................................................................... 3 激光效率高 ...................................................................... 3 自由電子激光的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài) ...................................................... 3 運(yùn)動(dòng)電子在電磁場(chǎng)中的特性 ............................................................. 5 ................................................................. 5 運(yùn)動(dòng) 電荷的電磁場(chǎng) .................................................................. 6 加速運(yùn)動(dòng)電荷的輻射 ................................................................ 7 輻射總功率 ...................................................................... 9 高速運(yùn)動(dòng)電荷和的輻射總功率 ........................................................ 9 自由電子激光的基本理論 .............................................................. 12 相干 ............................................................................ 13 受激放大 ........................................................................ 15 有質(zhì)動(dòng)力與電子束群聚 ............................................................. 17 自由電子激光的應(yīng)用 .................................................................. 20 醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用 ................................................................... 21 工業(yè)方面的應(yīng)用 ................................................................... 21 生物科學(xué)方面的應(yīng)用 ............................................................... 21 軍事、通信應(yīng)用 ................................................................... 22 致 謝 .............................................................................. 23 叁 考 文 獻(xiàn) ......................................................................... 24 新疆大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)論文 1 前 言 自由電子激光（ freeelectron laser）是具有與一般激光一樣相干性好、單色性好、方向性好、亮度高等特點(diǎn)以外還有頻率連續(xù)可調(diào)，頻譜范圍廣，峰值功率和平均功率大，且可調(diào)，相干性好， 偏振 強(qiáng)，具有 ps 量級(jí)脈沖的時(shí)間結(jié)構(gòu)等獨(dú)特的特點(diǎn)。由此特點(diǎn)自由電子激光有廣泛的應(yīng)用及發(fā)展前景，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域由于能夠產(chǎn)生非常小的光斑，因而可以比較容易地在難度大的地方進(jìn)行外科手術(shù)在切除病毒組織時(shí)對(duì)周?chē)?xì)胞傷害很小。生物科學(xué)，材料物理，國(guó)防等多方