Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

320 J. Bille
Periodizität λu enthält, definiert die Wellenlänge der emittierten Strahlung:
λ = λu
2γ2 �
1+ K2
�
. (14.14)
2
Dabei ist der Undulatorparameter K ∼ λu · B0. Das Spektrum der spontan
emittierten Strahlung wird mit der Anzahl N der Undulatorperioden um
1/N eingeengt. Durch einen Resonator kann das emittierte Licht wieder in
den Undulator zurückgekoppelt werden. Das ” Lasen“ des Lichtfeldes folgt
allerdings noch nicht aus der eben zitierten Resonanzbedingung, sondern es
muss die sehr komplizierte Beschreibung des statischen Magnetfeldes sowie
das Feld der stehenden Welle im Resonator in Wechselwirkung mit den relativistischen
Elektronenpaketen berücksichtigt werden.
Die herausragende Eigenschaft von FEL ist die Möglichkeit der kontinuierlichen
Durchstimmung von λ durch Variation von λu und der Elektronenenergie
γ. So decken die bis 1997 realisierten 31 FEL einen Wellenlängenbereich
von 230 nm bis 10 mm ab.
Zudem können FEL auch mit extrem hohen Leistungsdichten im Resonator
betrieben werden, da kein solides Medium mit einer unvermeidlichen
Zerstörschwelle vorliegt. Weitergehende Informationen zu FEL finden sich in
der umfangreichen Literatur, z.B. in [3, 5].
14.5.2 Die Freie-Elektronen-Laser FELIX und S-DALINAC
Im Folgenden werden die FEL FELIX in Nieuwegen/Niederlande sowie S-
DALINAC in Darmstadt, der als erster deutscher FEL 1996 angeschwungen
ist, beispielhaft vorgestellt [11]. Die beiden FEL können im Bereich von
6–7 µm operieren, unterscheiden sich aber stark in der Pulsstruktur (Tabelle
14.13).
Der 1991 fertiggestellte Beschleuniger für den S-DALINAC wird hauptsächlich
für kernphysikalische Forschung eingesetzt. Der Elektronenstrahl des
S-DALINAC kann kontinuierlich mit der Beschleunigungsfrequenz von 3 GHz
betrieben werden, sodass als Konsequenz auch ein cw-Photonenstrahl mit Pikosekundensubstruktur
erzeugt werden kann (Abb. 14.34).
Tabelle 14.13. Vergleich der FEL-Parameter
FELIX DALINAC
λ 6,4–6,7 µm 7µm
τMak 10 µs 1–8 ms
τMik ps ps
frep 8Hz 31Hz