Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 35

Дальше проблема была в том, чтобы создать достаточно хороший электронный пучок с малыми размерами, с малыми угловыми разбросами для того, чтобы генерировать не сантиметровое излучение, а более коротковолновое. И этот шаг был сделан позже, в 1976 году.

Группа Джона Мэйди в Америке построила сверхпроводящий ондулятор. Они использовали очень хороший пучок из своего сверхпроводящего высокочастотного ускорителя и продемонстрировали усиление и генерацию электромагнитного излучения на длине волны около трех микрон.

Вот это и считается первым работающим ЛСЭ. В нем было практически все то, что есть в современных ЛСЭ: ондулятор, электронный пучок малого размера, оптический резонатор. Он работал следующим образом. Световой пучок, проходя вместе с электронным, усиливается. В лазере установлены два зеркала, последовательно отражающие свет. После этого свет опять проходил через тот же усилитель (ондулятор с электронным пучком). Так происходило многократное усиление сигнала до тех пор, пока не наступало насыщение.

После работ группы Мэйди многие заинтересовались ЛСЭ и стали делать их на разных ускорителях.

Одной из самых важных частей этой проблемы было создание такого ускорителя, который обеспечивал бы нужный пучок для ЛСЭ. Многие группы занялись решением этой задачи, и мы тоже. В нашем Институте ядерной физики ЛСЭ начали заниматься в 1977 году, были написаны теоретические работы В. Н. Байером и А. И. Мильштейном, а также А.Н. Скринским и мной.

В нашей работе предлагалось усовершенствовать ЛСЭ. Это усовершенствование назвали оптическим клистроном. Мы сделали небольшую модель, которую потом поставили на электронный накопитель ВЭПП-3. Так началась работа с ЛСЭ в нашем институте.

- На каких длинах волн работа ЛСЭ будет оправдана?

- Сейчас ЛСЭ работают в диапазоне длин волн от 1 мм до 1 Å, но стоит отметить следующее: большим недостатком ЛСЭ является использование ускорителей. Потому что они большие и требуют радиационной защиты. Для ускорителя необходимо отдельное помещение с толстыми бетонными стенами. Соответственно, это дорогостоящие установки, поэтому, конечно, на тех длинах волн, где работают другие лазеры, использовать ЛСЭ невыгодно и не следует.

Тогда встает вопрос: какие есть диапазоны, «незакрытые» обычными лазерами? Таких диапазона два. Один, естественно, — рентгеновский. Все давно хотели иметь рентгеновский лазер, и вот они его получили в виде ЛСЭ, который построили в Америке в Стэнфордском центре линейных ускорителей. А второй диапазон — это субмиллиметровый.

Оказалось, что на длинах волн от 1 мм и короче (до 10 микрон) тоже нет перестраиваемых лазеров. Есть лазеры, которые создают излучение с некоторыми выделенными длинами волн, а вот перестраиваемых нет, также как и достаточно мощных. И вот этот субмиллиметровый, или (если по частотам) терагерцовый, диапазон тоже оказался полезным и неосвоенным, то есть тем диапазоном, в котором есть смысл работать ЛСЭ, потому что другие лазеры в таком диапазоне сделать невозможно.

- Какие были этапы создания ЛСЭ в ИЯФ СО РАН?

- Мы делали различные модификации магнитной системы ЛСЭ на накопители ВЭПП-3. В процессе работы было предложено несколько вариантов ондуляторов, и те технические решения, которые мы внедрили, используются сейчас и для рентгеновского излучения. То есть, попутно были еще разработаны разные новые типы ондуляторов, которые потом оказались полезными для генерации рентгеновского излучения (спонтанного излучения на накопителях).

После была большая модернизация накопителя ВЭПП-3, и тогда, уже на модернизированном накопителе, был построен новый ЛСЭ, на котором было получено ультрафиолетовое излучение с рекордно короткой (на тот момент) длиной волны. На этой установке мы поставили несколько экспериментов по работе разных модификаций ЛСЭ, а потом эта программа была исчерпана, так как мы сделали почти все, что хотели.

- Какое еще может быть применение у ондулятора?

- Мы поставили интересный эксперимент по наблюдению движения одного электрона в накопителе. Оказалось, что излучение из нашего ондулятора настолько интенсивно, что можно увидеть даже один-единственный электрон.

Тогда мы запустили в накопитель всего один электрон, измерили его координаты в разные моменты времени и построили график зависимости координаты (продольной) электрона от времени. Оказалось, что электрон движется так, как если бы на него действовала некая случайная сила, то есть его движение напоминало броуновское движение частицы в жидкости. Это неудивительно, так и предсказывалось квазиклассической теорией квантовых флуктуаций синхротронного излучения.