Descrizione elementare di un FEL-SASE
La fisica del processo SASE (Self Amplified Spontaneous Emission) scaturisce da quella del laser ad elettroni liberi (FEL) e, in senso lato, da quella degli emettitori di luce di sincrotrone.
Com’è noto, in un laser convenzionale la produzione di luce collimata, coerente ed estremamente brillante ha luogo in un mezzo attivo che può essere un solido, un liquido oppure un gas.
In un Laser ad Elettroni Liberi (FEL), diversamente, il mezzo attivo non è costituito da un sistema atomico o molecolare in cui sia stata realizzata una inversione di popolazione, ma da un fascio di elettroni in moto, ad energie relativistiche, in un sistema magnetico di tipo ondulatore.
Un FEL è in realtà un dispositivo di emissione di luce coerente basato su un principio di diffusione elettrone-fotone, piuttosto che su un meccanismo di emissione di fotoni da parte di sistemi quantistici.
Se si vuole tentare un parallelo tra un FEL ed un laser convenzionale, limitandosi al sistema di riferimento del laboratorio, potremmo dire che il fascio di elettroni liberi rappresenta il sistema di pompaggio del laser in quanto in esso è contenuta l'energia del sistema. Tale energia viene poi trasformata all'interno dell'ondulatore magnetico, che rappresenta quindi il vero mezzo attivo di questo laser. In tale processo il grado di coerenza aumenta nel momento in cui la prima radiazione generata per emissione spontanea interagisce con il fascio di elettroni.
Lo scambio di energia tra la componente elettrica della radiazione e gli elettroni produce una modulazione nella fase del fascio di elettroni producendo un impacchettamento sempre maggiore.
L'emissione di radiazione da parte di questa "super-particella" , che è il pacchetto di elettroni, è estremamente elevata e coerente.
IFEL thesis