起伏器是高能物理学中的一种插入装置,通常是一个较大的装置的一部分,即同步辐射储存环。它由偶极磁铁的周期性结构组成。一个静态的磁场是交替沿长度的undulator与波长λ u {displaystyle \lambda _{u}}。{\displaystyle \lambda _{u}}.电子在周期性磁体结构中穿行时,被迫发生振荡。所以电子以电子磁辐射的形式发出能量。在起伏器中产生的辐射是非常强烈的,并且集中在光谱的狭窄能带中。光束也被准直在电子的轨道平面上。这种辐射通过光束线引导,用于各种科学领域的实验。

重要的无尺寸参数

K = e B λ u 2 π β m e c {\displaystyle K={\frac {eB/lambda _{u}}{2\pi β m_{e}c}}}。 {\displaystyle K={\frac {eB\lambda _{u}}{2\pi \beta m_{e}c}}}

其中e为粒子电荷,B为磁场,β=v / c {\displaystyle β=v/c} {\displaystyle \beta =v/c}m e {\displaystyle m_{e}}{\displaystyle m_{e}}为电子静止质量,c为光速,表征了电子运动的性质。对于K 1 {\displaystyle K\ll 1{\displaystyle K\ll 1}},运动的振荡幅度很小,辐射显示出干扰模式,导致能带很窄。如果K1 {\displaystyle K\gg 1{\displaystyle K\gg 1}},则振荡振幅较大,每个场周期的辐射贡献独立相加,导致宽的能谱。当K远大于1时,该器件不再称为起伏器,而是称为摆动器。

物理学家用经典物理学和相对论来思考起伏器。这意味着,虽然精密计算很繁琐,但可以把起伏器看成一个黑盒子。一个电子进入这个盒子,一个电磁脉冲从一个小的出口缝隙中出来。狭缝应该足够小,以便只有主锥体通过,因此可以忽略侧裂片。

起伏器可以提供比简单的弯曲磁铁多数百倍的磁通量,因此在同步辐射设施中需求量很大。对于一个undulator重复N次(N周期),亮度可以高达N 2 {\displaystyle N^{2}}{\displaystyle N^{2}}比弯曲磁铁。由于在N个辐射周期内发射的场的构造性干扰,强度在谐波波长下可增强到N倍。通常的脉冲是具有一定包络性的正弦波。N的第二个因子来自与这些谐波相关的发射角的减小,它的减小比例为1/N。当电子以一半的周期来时,它们就会产生破坏性的干扰。所以,起伏器保持黑暗。如果电子以珠链的形式来,情况也是如此。由于电子束在同步加速器上传播的次数越多,物理学家希望设计新的机器,在电子束还没来得及传播之前就把它们扔掉。这种改变将产生更有用的同步辐射。

发射辐射的偏振可以通过使用永磁体来控制,以诱导不同周期性的电子轨迹通过起伏器。如果振荡被限制在一个平面上,辐射将是线性偏振。如果振荡轨迹是螺旋形的,辐射将是圆极化的,手感由螺旋形决定。

如果电子遵循泊松分布,部分干涉会导致强度的线性增加。在自由电子激光器中,强度随电子数的增加而成倍增加。

物理学家用光谱辐射度来衡量起伏器的有效性。