Δισκογραφία άλμπουμ της Σελένα
Ο αναδιπλωτής είναι μια συσκευή εισαγωγής από τη φυσική υψηλών ενεργειών και συνήθως μέρος μιας μεγαλύτερης εγκατάστασης, ενός δακτυλίου αποθήκευσης συγχρότρου. Αποτελείται από μια περιοδική δομή διπολικών μαγνητών. Ένα στατικό μαγνητικό πεδίο εναλλάσσεται κατά μήκος του αναδιπλωτή με μήκος κύματος λ u {\displaystyle \lambda _{u}} 
. Τα ηλεκτρόνια που διασχίζουν την περιοδική δομή των μαγνητών αναγκάζονται να υποστούν ταλαντώσεις. Έτσι, τα ηλεκτρόνια εκπέμπουν ενέργεια ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η ακτινοβολία που παράγεται σε έναν κυματοδηγό είναι πολύ έντονη και συγκεντρωμένη σε στενές ενεργειακές ζώνες του φάσματος. Η δέσμη φωτός είναι επίσης συμβολομετρική στο επίπεδο τροχιάς των ηλεκτρονίων. Η ακτινοβολία αυτή οδηγείται μέσω γραμμών δέσμης για πειράματα σε διάφορους επιστημονικούς τομείς.
Η σημαντική παράμετρος χωρίς διαστάσεις
K = e B λ u 2 π β m e c {\displaystyle K={\frac {eB\lambda _{u}}{2\pi \beta m_{e}c}}} 
όπου e είναι το φορτίο του σωματιδίου, Β είναι το μαγνητικό πεδίο, β = v / c {\displaystyle \beta =v/c}
, m e {\displaystyle m_{e}}
είναι η μάζα ηρεμίας του ηλεκτρονίου και c είναι η ταχύτητα του φωτός, χαρακτηρίζει τη φύση της κίνησης του ηλεκτρονίου. Για K ≪ 1 {\displaystyle K\ll 1}
το πλάτος ταλάντωσης της κίνησης είναι μικρό και η ακτινοβολία εμφανίζει μοτίβα παρεμβολής που οδηγούν σε στενές ενεργειακές ζώνες. Αν K ≫ 1 {\displaystyle K\gg 1}
το πλάτος ταλάντωσης είναι μεγαλύτερο και οι συνεισφορές της ακτινοβολίας από κάθε περίοδο του πεδίου αθροίζονται ανεξάρτητα, οδηγώντας σε ένα ευρύ ενεργειακό φάσμα. Όταν το Κ είναι πολύ μεγαλύτερο από 1, η διάταξη δεν ονομάζεται πλέον undulator- ονομάζεται wiggler.
Οι φυσικοί σκέφτονται για τους κυματοδηγούς χρησιμοποιώντας τόσο την κλασική φυσική όσο και τη σχετικότητα. Αυτό σημαίνει ότι, αν και ο υπολογισμός με ακρίβεια είναι κουραστικός, ο αναδρομολογητής μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μαύρο κουτί. Ένα ηλεκτρόνιο εισέρχεται σε αυτό το κουτί και ένας ηλεκτρομαγνητικός παλμός εξέρχεται από μια μικρή σχισμή εξόδου. Η σχισμή πρέπει να είναι αρκετά μικρή ώστε να περνάει μόνο ο κύριος κώνος, ώστε να μπορούν να αγνοηθούν οι πλευρικοί λοβοί.
Οι αναστολείς μπορούν να παρέχουν εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη μαγνητική ροή από έναν απλό μαγνήτη κάμψης και ως εκ τούτου έχουν μεγάλη ζήτηση στις εγκαταστάσεις ακτινοβολίας σύγχροτρον. Για έναν undulator που επαναλαμβάνεται Ν φορές (Ν περίοδοι), η φωτεινότητα μπορεί να είναι έως και Ν 2 {\displaystyle N^{2}}
μεγαλύτερη από έναν μαγνήτη κάμψης. Η ένταση ενισχύεται έως και κατά έναν παράγοντα Ν στα αρμονικά μήκη κύματος λόγω της εποικοδομητικής παρεμβολής των πεδίων που εκπέμπονται κατά τη διάρκεια των Ν περιόδων ακτινοβολίας. Ο συνήθης παλμός είναι ένα ημιτονοειδές κύμα με κάποια περιβάλλουσα. Ο δεύτερος παράγοντας Ν προέρχεται από τη μείωση της γωνίας εκπομπής που σχετίζεται με αυτές τις αρμονικές, η οποία μειώνεται αναλογικά με το 1/N. Όταν τα ηλεκτρόνια έρχονται με τη μισή περίοδο, παρεμβαίνουν καταστροφικά. Έτσι, ο κυματοδηγός παραμένει σκοτεινός. Το ίδιο ισχύει και αν τα ηλεκτρόνια έρχονται ως αλυσίδα σφαιριδίων. Επειδή η δέσμη των ηλεκτρονίων εξαπλώνεται όσο περισσότερες φορές ταξιδεύουν γύρω από το σύγχροτρον, οι φυσικοί θέλουν να σχεδιάσουν νέες μηχανές που να πετούν τις δέσμες ηλεκτρονίων πριν προλάβουν να εξαπλωθούν. Αυτή η αλλαγή θα παράγει πιο χρήσιμη ακτινοβολία σύγχροτρον.
Η πόλωση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας μπορεί να ελεγχθεί με τη χρήση μόνιμων μαγνητών που προκαλούν διαφορετικές περιοδικές τροχιές ηλεκτρονίων μέσω του κυματοδηγού. Εάν οι ταλαντώσεις περιορίζονται σε ένα επίπεδο, η ακτινοβολία θα είναι γραμμικά πολωμένη. Εάν η τροχιά ταλάντωσης είναι ελικοειδής, η ακτινοβολία θα είναι κυκλικά πολωμένη, με το χέρι να καθορίζεται από την έλικα.
Εάν τα ηλεκτρόνια ακολουθούν την κατανομή Poisson, μια μερική παρεμβολή οδηγεί σε γραμμική αύξηση της έντασης. Στο λέιζερελεύθερων ηλεκτρονίων η ένταση αυξάνεται εκθετικά με τον αριθμό των ηλεκτρονίων.
Οι φυσικοί μετρούν την αποτελεσματικότητα ενός κυματοδηγού σε όρους φασματικής ακτινοβολίας.
Λειτουργία του κυματοδηγού. 1: μαγνήτες, 2: δέσμη ηλεκτρονίων, 3: ακτινοβολία σύγχροτρον
Ένας πολυπολικός κουνητήρας, όπως χρησιμοποιείται στον δακτύλιο αποθήκευσης στο Αυστραλιανό Σύγχροτρον για την παραγωγή ακτινοβολίας συγχρότρου
Ιστορία
Ο πρώτος κυματοδηγός κατασκευάστηκε από τον Hans Motz και τους συνεργάτες του στο Stanford το 1953. Ένας από τους αναδιπλωτές τους παρήγαγε την πρώτη συνεκτική υπέρυθρη ακτινοβολία. Το συνολικό εύρος συχνοτήτων τους ήταν από το ορατό φως μέχρι τα κύματα χιλιοστού. Ο Ρώσος φυσικός V.L. Ginzburg έδειξε σε μια εργασία του το 1947 ότι οι ανντουλαριστές μπορούν να κατασκευαστούν κατ' αρχήν.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ο κυματοδηγός;
A: Ο undulator είναι μια συσκευή από τη φυσική υψηλών ενεργειών που αποτελείται από μια περιοδική δομή διπολικών μαγνητών. Αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να υποβληθούν σε ταλαντώσεις, οι οποίες παράγουν έντονη και συγκεντρωμένη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε στενές ενεργειακές ζώνες.
Ερ: Ποια παράμετρος χαρακτηρίζει τη φύση της κίνησης των ηλεκτρονίων;
Α: Η σημαντική χωρίς διαστάσεις παράμετρος K = eBλu/2πβmecc χαρακτηρίζει τη φύση της κίνησης του ηλεκτρονίου, όπου e είναι το φορτίο του σωματιδίου, Β είναι το μαγνητικό πεδίο, β = v/c , me είναι η μάζα ηρεμίας του ηλεκτρονίου και c είναι η ταχύτητα του φωτός.
Ερ: Πώς συγκρίνεται ένας κυματοδηγός με έναν μαγνήτη κάμψης όσον αφορά τη μαγνητική ροή;
Α: Οι αναδιπλωτές μπορούν να παρέχουν εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη μαγνητική ροή από έναν απλό μαγνήτη κάμψης.
Ερ: Πώς επηρεάζει η παρεμβολή την ένταση κατά τη χρήση ενός αναδιεγέρτη;
Α: Εάν Κ ≤ 1, τότε το πλάτος ταλάντωσης είναι μικρό και η ακτινοβολία εμφανίζει μοτίβα παρεμβολής που οδηγούν σε στενές ενεργειακές ζώνες. Εάν Κ ≥ 1, τότε το πλάτος ταλάντωσης είναι μεγαλύτερο και οι συνεισφορές της ακτινοβολίας από κάθε περίοδο του πεδίου αθροίζονται ανεξάρτητα και οδηγούν σε ευρύ ενεργειακό φάσμα.
Ερώτηση: Πώς μπορεί να ελεγχθεί η πόλωση κατά τη χρήση ενός αντενδείκτη;
Α: Η πόλωση μπορεί να ελεγχθεί με τη χρήση μόνιμων μαγνητών που προκαλούν διαφορετικές περιοδικές τροχιές ηλεκτρονίων μέσω του undulator. Εάν οι ταλαντώσεις περιορίζονται σε ένα επίπεδο, η ακτινοβολία θα είναι γραμμικά πολωμένη- εάν η τροχιά είναι ελικοειδής, η ακτινοβολία θα είναι κυκλικά πολωμένη με την πλευρά που καθορίζεται από την έλικα.
Ερ: Πώς αυξάνεται η ένταση με τον αριθμό των ηλεκτρονίων για τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων;
Α: Όταν τα ηλεκτρόνια ακολουθούν την κατανομή Poisson, η μερική παρεμβολή οδηγεί σε γραμμική αύξηση της έντασης- για τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων η ένταση αυξάνεται εκθετικά με τον αριθμό των ηλεκτρονίων.
Ερ: Ποιο μέτρο χρησιμοποιούν οι φυσικοί για να αξιολογήσουν την αποτελεσματικότητα ενός κυματοδηγού;
Α: Οι φυσικοί μετρούν την αποτελεσματικότητα ενός αναδιεγέρτη με βάση τη φασματική ακτινοβολία.
