上海深紫外自由电子激光的非线性谐波辐射研究

 自由电子激光中的非线性谐波辐射能达到较高的谐波功率，可以用来得到短波长辐射或者降低第4代先进光源对电子束团品质的严厉要求。基于3维自由电子激光软件，深入详细地研究了上海深紫外自由电子激光装置的非线性谐波辐射，并且提出了谐波辐射实验和测量建议。研究表明上海深紫外自由电子激光装置3次非线性谐波辐射的功率可以达到基波功率的2%水平。     

自由电子激光振荡器的三维数值模拟

仔细地考查了与三维自由电子激光振荡器物理方程组相应的３－Ⅰ程序的可靠性。在此基础上使用该程序计算、分析了在电子束与光束同轴条件下，当电子束参数如能散度、发射度、束流等参量改变时三维自由电子激光的一些基本规律。     

自由电子激光振荡器的三维数值模拟

仔细地考查了与三维自由电子激光振荡器物理方程组相应的３－Ⅰ程序的可靠性。在此基础上使用该程序计算、分析了在电子束与光束同轴条件下，当电子束参数如能散度、发射度、束流等参量改变时三维自由电子激光的一些基本规律。     

皮秒微脉冲电子束团诊断

介绍一种基于皮秒扫描相机的微脉冲电子束团诊断系统和实验方法。该系统具有很高的灵敏度、皮秒的时间分辨能力和机动灵活的特点,满足射频直线加速器和储存环上电子束团诊断的要求。在我国,我们首次利用该类系统测量了北京正负电子对撞机(BEPC)储存环中脉冲电子束团的波形和初步测量了北京自由电子激光装置射频直线加速器的微脉冲电子束团的时间分布。     

上海深紫外自由电子激光装置中激光与束流的精确同步

介绍了一种基于相干辐射测量的激光-电子束同步方法,描述了实现空间及时间同步的基本原理、步骤和细节,并利用这种方法在上海深紫外自由电子激光装置（SDUV-FEL）上实现了电子束与激光之间亚ps量级的精确同步,为基于外种子激光的高增益高次谐波产生（HGHG）、回声型谐波产生（EEHG）和级联HGHG自由电子激光实验奠定了坚实的基础。还利用这种手段对不同条件下的电子束纵向特性进行了测量和分析。     

皮秒扫描相机在加速器研究中的应用──监测电子束团的纵向分布

本文描述了一台基于皮秒扫描机机的电子束团纵向分布(电子束团长度)测试系统,报道了应用这套系统在中科院高能物理所北京自由电子激光装置(BFFL)S波段射频直线加速器、正负电子对撞机(BEPC)和中国原子能科学研究院L波段注入器(LBINJ)上开展的测量工作.     

基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。     

曙光一号自由电子激光装置的设计研究

曙光一号自由电子激光装置(SG-1 FEL)是一台高功率毫米波段自由电子激光放大器,它由3.5MeV直线感应加速器、电子束调制系统、变参数摇摆器和微波种子源等部件组成。本文扼要叙述了SG-1 FEL的物理设计和主要技术参数,并重点分析了各主要部件的实验研究、计算模拟,以及物理设计和结构的特点。     

上海软X射线自由电子激光装置束流分配系统设计

束流分配系统是自由电子激光装置中至关重要的一部分,它可以将直线加速器产生的电子束团分配至不同的波荡器中。提出了一种基于上海软X射线自由电子激光装置的束流分配系统设计方案。针对该方案,详细介绍了三维从头至尾的束团跟踪模拟以及在传输过程中的束流动力学分析,模拟结果表明,该束流分配系统设计可以保证束流发射度增长小于8%,同时可以保证峰值电流、能散以及束团长度在经过该分配系统时未受到破坏。此外,针对束团在直线加速器中的微束团不稳定性和抖动也进行了分析。     

上海软X射线自由电子激光装置束流分配系统设计（英文）

束流分配系统是自由电子激光装置中至关重要的一部分,它可以将直线加速器产生的电子束团分配至不同的波荡器中。提出了一种基于上海软X射线自由电子激光装置的束流分配系统设计方案。针对该方案,详细介绍了三维从头至尾的束团跟踪模拟以及在传输过程中的束流动力学分析,模拟结果表明,该束流分配系统设计可以保证束流发射度增长小于8%,同时可以保证峰值电流、能散以及束团长度在经过该分配系统时未受到破坏。此外,针对束团在直线加速器中的微束团不稳定性和抖动也进行了分析。     

高增益自由电子激光饱和态分析的三维统计理论

考虑电子束横向发射度和电子β振荡,将2005年国际上提出的单通过高增益自由电子激光饱和状态分析的统计物理方法发展到三维情形。首先建立一种描述电子三维运动的归一化简化模型,推导了一维光场下包含电子横向运动的Vlasov方程。在螺旋型波荡器情形下通过引入横向运动守恒量发展了三维统计物理分析方法,并编写了相应计算程序,计算自由电子激光达到饱和时系统的光强增益、聚束因子。作为对比验证,编写包含N个电子自由电子激光系统的三维直接数值模拟程序,结果表明数值模拟和统计计算结果相一致。对比文献中一维模拟和一维统计理论计算结果,所得结果反映了电子束横向发射度以及电子在波荡器中的横向β振荡对饱和点参数的影响。     

3.3MeV直线感应加速器的设计和性能

综述3.3MeV直线感应加速器(LIA)的物理工程概貌和束流特性参数测量。所测数据均达到或超过了设计指标。并已成功地做为曙光一号自由电子激光器出光实验的电子束源。目前,拟串接更多的加速组元使加速器的电子束能量达到10MeV,以便同时用于自由电子激光研究和闪光X射线照相。     

CTF磁压缩器的误差研究

磁压缩器广泛应用在自由电子激光装置中.电子束团的归一化发射度增长由二极磁铁的高阶分量误差及准直误差引起.本文描述了CTF(CXFEL Test Facility)的第一个磁压缩器的误差研究.     

CTF磁压缩器的误差研究

磁压缩器广泛应用在自由电子激光装置中. 电子束团的归一化发射度增长由二极磁铁的高阶分量误差及准直误差引起. 本文描述了CTF (CXFEL Test Facility)的第一个磁压缩器的误差研究.     

基于束流相空间拍频产生锁模自由电子激光的物理机制研究

提出基于束流相空间拍频产生锁模多色自由电子激光的方案,利用带有能量啁啾的电子束流和上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）上的两个调制段-色散段结构,在束流中通过拍频形成多个流强脉冲串,并在此基础上进行高次谐波辐射,产生锁模多色自由电子激光辐射脉冲。模拟结果表明,利用264 nm的种子激光,可在束流中形成18次谐波的群聚分量,并能最终产生中心波长约14.58 nm的锁模多色FEL辐射。     

自由电子激光的预群聚

研究了自由电子激光预群聚产生的辐射,表明预群聚不仅可以提高效率而且使低增益得到增强,从而在理论上解释了由射频直线加速器驱动的自由电子激光预群聚器(prebuncher)的作用。同时还指出,预群聚有在不增加电子束能量情况下缩短激光波长和降低对电子束质量要求等作用。     

远红外契伦柯夫FEL的动力学理论

契伦柯夫自由电子激光可以产生远红外相干受激辐射。本文建立了契伦柯夫自由电子激光的动力学理论并详细研究了初始信号频率,电子束电压和束—介质膜间隙对器件性能的影响。与自由电子激光,回旋自谐振脉塞比较,指出了短波契伦柯夫自由电子激光的几个显著特点。     

100微米自由电子激光研究进展

自由电子激光器（FEL）是一种将相对论性电子的动能变换成电磁辐射的装置。电子束和电磁波沿摇摆器在同一直线上传输，摇摆器使电子产生横向的速度分量，实现电子和辐射场之间的能量交换。从电子束抽取的动能转换成电磁辐射，辐射的波长决定于电子束的能量和摇摆器参数。FEL具有波长连续可调、可获得高功率和光束品质好等优点，在军事上和基础科学研究中有很好的应用前景，美国、日本以及一些欧洲国家对自由电子激光的研究极为重视，并得到了很好的成果。2004年7月美国的JLAB实验室获得了10kW的自由电子激光，使人们对自由电子激光在激光武器中的定位进行了重新思考，从而掀起了又一轮世界范围内的自由电子激光研究热潮。     

上海激光康普顿散射伽马源的发展和展望

激光康普顿散射(Laser Campton Scattering, LCS)光源,是一种基于相对论电子束与激光光子相互作用的新型X-ray或Gamma-ray光源。它具有能量高、波长短、脉冲快和峰值亮度高的特性,已成为国际先进光源技术的重要选项之一。本文介绍了激光康普顿散射光源的产生原理、国内外发展现状以及目前国际上运行和在建的激光康普顿散射光源装置,其中重点介绍了上海光源二期正在建设的上海激光电子伽马源(Shanghai Laser Electron Gamma Source, SLEGS)装置,以及在这一光源装置上可以开展的核物理、核天体物理、核废料处理及核医学应用等研究。随着上海软X射线自由电子激光试验装置(Soft X-ray Free Electron Laser, SXFEL)升级为用户装置,以及未来十三五国家重大科技基础设施-硬X射线自由电子装置(Shanghai HIgh repetition rate XFEL aNd Extreme light facility,SHINE)的建设完成,基于直线电子加速器(LINear ACcelator, LINAC)的康普顿散射光源的伽马能量将会达到GeV量级的高能量。超短脉冲、高极化度、高通量的激光康普顿散射光源将迎来新的发展机遇,基于康普顿伽马光源的核物理、天体物理、粒子物理及应用基础研究也必将迈上一个新台阶。     

储存环自由电子激光相干谐波实验的同步系统

 为了获得短波长自由电子激光(FEL),可以使储存环中的相对论性电子与外加强激光脉冲在光学速调管中充分耦合,从而产生高次谐波的相干辐射。为使耦合充分,必须使电子束团与激光脉冲在时间和空间上完全同步。其中空间上的同步可通过调节外激光的光路来实现,给出了实现时间上同步的一种方案。