Projekt lasera na swobodnych elektronach (FEL - Free Electron Laser) opiera się na zasadzie wytwarzania promieniowania synchrotronowego przez wiązke elektronową w długim ondulatorze (patrz rysunek). Długość fali otrzymywanego promieniowania zależy od długości modułu ondulatora i prędkooci elektronów:

Uzyskuje się wykładniczy wzrost wymuszonego, spójnego promieniowania o wielkim natężeniu i regulowanej długości fali.

Laser na swobodnych elektronach z samowzmacniającą emisją spontaniczną (SASE)

Możliwość ciągłej regulacji długości fali od zakresu ultrafioletu próżniowego (VUV) do obszaru promieniowania rentgenowskiego (X), połączona z wielkim natężeniem promieniowania, otwiera nowe perspektywy dla badań w wielu dziedzinach:

• wysokie natężenie (10 tysiecy razy większe niż z dotychczasowych źródeł) pozwoli na szczegółowe badania atomów, molekuł, swobodnych jonów, rodników i klastrów atomowych (skupisk niewielu atomów),

• impulsy o czasie trwania poniżej pikosekundy (10^-12s), tj. krótsze niż okres drgań atomów w cząsteczce, umożliwią badanie kinetyki powierzchniowych reakcji chemicznych,

• bardzo wysokie natężenie w maksimum impulsu otwiera nowe obszary badań - optyczne procesy nieliniowe dla bardzo krótkich fal oraz spektroskopię i obrazowanie z wykorzystaniem spójnego promieniowania X.

Zastosowania lasera ultrafioletowego (VUV-FEL)

• mikroskopia i mikrospektroskopia powierzchni, warstw granicznych, cienkich warstw magnetycznych i próbek biologicznych z rozdzielczością czasową,

• nieliniowe oddziaływania promieniowania VUV z atomami, molekułami, powierzchniami i ciałami stałymi,

• elektronowa i geometryczna struktura swobodnych klastrów atomowych i rodników,

• dynamika reakcji chemicznych w molekułach z rozdzielczością czasową rzędu femtosekund (1 fs =10^O15s),

• dwójłomność cienkich warstw magnetycznych i układów cienkowarstwowych.

Schemat zestawu doświadczalnego dla celów spektroskopii klastrów atomowych przy użyciu VUV-FEL.

Zastosowanie lasera rentgenowskiego (X-FEL)

• spektroskopia z czasową zdolnością rozdzielczą rzędu femtosekund,

• obrazowanie z "atomową" zdolnością rozdzielczą ze skalą czasową rzędu 1 fs,

• nieliniowe oddziaływanie promieniowania X z materią,

• dynamika powierzchni granicznych w skalach atomowych,

• optyka kwantowa z promieniowaniem o długości rzędu 1A (10^-10m).

Struktura krystaliczna (z lewej) i jej obraz dyfrakcji Lauego (z prawej). X-FEL umożliwia rejestrację takich obrazów w czasie około 100 fs, co pozwala na badanie szybkich zmian w strukturach kryształu.