Abstract
自由電子雷射是一種將加速器中，自由電子的能量轉換成光波能量的裝置。藉著具有相對論性速度的電子束，經過一橫向磁場有週期性變化的磁鐵，電子束在磁場的作用下出現搖擺運動而發出光波。在適當的條件下，從電子獲得能量的光波得以產生建設性的干涉，而得到同調性的光源。本論文之目的在於研究與設計一個自由電子雷射系統，此系統主要是以台灣同步輻射研究中心之增能系統的五十百萬電子伏特直線加速器所產生的電子束為設計參數，另外以增能環中實際的空間限制為考慮因素。系統的設計包括了從直線加速器出口端到自由電子雷射的聚頻磁鐵的入口端之電子束傳輸線；以及自由電子雷射光學共振腔。所以，研究的內容包含了：處理電子於傳輸線中，受到磁場的影響的束流光學；自由電子雷射操作在康卜吞範圍內的機制及其小訊號增益；以及短波長、振盪器形式的自由電子光學共振腔的原理及要求。最後，再以電子束的條件和所設計的參數，經由傳輸線的結果，以及自由電子雷射的增益與功率作一模擬運算。而經由本篇研究的初步模擬結果，說明了以臺灣同步輻射研究中心增能系統的直線加速器所產生的電子束，在增能環現有的空間下，經過適當的設計後，自由電子雷射系統是能夠有增益而發光的，其峰值功率約為6 kW，波長則為16μm的紅外光。