BFEL装置短电子束团相干同步辐射产生理论计算与实验设计

分析和数值计算了利用BFEL装置的30MeV射频直线加速器提供的4ps电子束团产生的宽带连续的强相干同步辐射.由讨论可知,该束团可直接用以产生毫米波段相干同步辐射;通过压缩束团宽度至1ps甚至亚ps,可获得宽带连续(覆盖远红外—毫米波段)的强相干辐射.由于这种辐射位于相干辐射的珍稀或空白区,因而具有极高的应用价值.在该波长范围内,相干辐射功率约为非相干辐射的10⁸—10⁹倍.依赖于所选的波长范围和接收角,辐射功率在几百微瓦至毫瓦量级.最后给出辐射产生和束团测量的实验构想.     

利用相干渡越辐射测量电子束团长度的分析与计算

利用相干渡越辐射(CTR)测量短和超短电子束团长度是国际上束测领域新发展的频域测量技术.文中理论分析和数值计算了北京自由电子激光装置的皮秒级的射频电子束团序列产生的CTR,当辐射波长在长于束长(4ps)时,渡越辐射发生相干增强效应;与非相干渡越辐射相比,当λ≥2πσz时,增强的倍数约等于束团中粒子的数目(10⁸);CTR从亚毫米波到毫米波段呈宽带连续谱特性;渡越辐射能量主要集中在轴线附近,宏脉冲辐射能量高达几毫焦.设计采用偏振型束团长度测量系统,利用CTR自相关技术,实验测量该束团序列的纵向长度,并藉助傅里叶变换光谱法,推求束团电子分布.     

可变椭圆极化波荡器相干太赫兹辐射的模拟计算

中国科学院上海应用物理研究所正在研制的相干太赫兹辐射装置是一台利用飞秒电子束团通过可变椭圆极化波荡器产生高亮度水平线极化光、垂直线极化光或各种椭圆极化光的强相干太赫兹辐射光源.本文描述了这种相干太赫兹辐射的光通量密度空间分布、光谱、极化特性和相干性等的计算方法和模拟计算结果.计算结果表明,对于能量为20MeV、发射度为15πmm·mrad、束团长度为200fs、电荷量为50pC的电子束团,在距离0.6m长的波荡器中心1m处可获得光通量密度峰值达2×10⁹photons/mm²/0.1%bw量级的太赫兹水平线极化光或圆极化光     

扭摆器中的微束团不稳定性

用理论和数值的方法, 首次研究了扭摆器中相干同步辐射效应诱发的微束团不稳定性. 这一不稳定性只存在于小能散的情况, 并当电子能量或峰值磁场取特定值时, 不稳定度达到最大值. 在BFEL的扭摆器中, 可能有轻微的不稳定性存在; 在CTF的扭摆器中, 则不会有不稳定性发生.     

北京X射线自由电子激光试验装置(BTF)磁压缩器中微束团不稳定性的研究

用数值方法研究了相干同步辐射(CSR)引发的微束团不稳定性. 当电子通过北京X射线自由电子激光实验装置(BTF)的第二个磁压缩段时, CSR调制将使微束团失稳. 这一不稳定性敏感的依赖于微束团twiss参数. 计算了不稳定的参数区.     

用于频域方法测量超短电子束纵向分布的Kramers-Krönig变换研究

Kramers-Krönig(K-K)变换方法被广泛地应用于频域测量中还原超短电子束团分布,成为分析电子束团形状、长度等参量的有效工具. 研究发现,利用该方法分析电子束参量时,自相干曲线基底的选择、低频损耗与高频截止及插值外推位置的选择,对束团参量有重要的影响. 以清华大学加速器实验平台采用相干渡越辐射测试束团长度为例,分析了上述参量的选取对测量结果的影响,讨论了选择K-K变换的关键物理参量的方法. 关键词： Kramers-Krönig变换 频域测量 超短电子束团 相干渡越辐射     

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。     

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。     

射频远红外波导自由电子激光器的新特性

将射频调制的超短脉冲电子束理想化为一系列δ时间函数,提出了用波导本征模展开的方法计算波导自由电子激光器中超短脉冲电子束的相干同步辐射.结果发现当谐振频率等于直线加速器射频的整数倍时,辐射模式表现为”纯”的波导本征模另外分析了超短脉冲在矩形波导中相干发射的频率特性和滑移问题,最后推导了有一定脉宽的矩形脉冲对辐射波的增益解析式.     

相干衍射辐射在超短电子束团长度测量中的应用

利用相干衍射辐射(CDR)光学自相关技术在线无阻拦频域测量超短电子束团的长度是当前国际束测领域的研究热点. 文中分析和数值计算了利用上海应用物理研究所(SINAP)飞秒电子束装置提供的超短电子束团产生的宽带连续强CDR，介绍了超短电子束团长度测量的实验原理和装置示意，并研究了分束器对束团长度测量的影响. 结果表明，该束团可直接用于产生覆盖远红外至毫米波段的宽带连续强CDR；辐射能量主要集中在轴线附近，宏脉冲辐射能量可达毫焦耳量级；利用光学自相关技术研制的远红外Michelson干涉仪和Golay探测仪组成束团长度测量系统，通过实验测量CDR干涉图FWHM可近似求得超短束团长度；干涉图籍助傅立叶变换光谱法，可推算求得束团电子密度分布的信息.     

BEPCⅡ中电子云不稳定性模拟研究

正电子储存环在多束团运行时有可能发生电子云不稳定性(ECI)?.本文针对北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的具体条件,编写发展了模拟计算程序,以不同电子云密度抑制措施下的计算结果为基础,研究了耦合束团不稳定性和单束团不稳定性,给出了电子云不稳定性增长率和阈值密度以及色品对束团尺寸增长的抑制作用,为储存环中电子云不稳定性的前沿科学研究和BEPCⅡ工程设计提供了有意义的结果.     

合肥光源单束团下束团长度和能散的测量

 根据同步光与储存环中的束流信号具有相同的时间结构的原理,测量同步光脉冲的半高全宽值可以计算出束团的长度。根据合肥光源的特点和实际需要,选择快速光电接收器搭配高速高带宽示波器作为在线测量束团长度和纵向分布等的主要手段。对单束团模式下束团长度随流强和高频腔腔压的变化趋势进行了测量。测量结果表明：束团长度与腔压的0.3次方成反比,比理论值0.5小;而束团长度随流强的增长率为2.0 ps/mA。通过测量纵向量子寿命进行了能散随流强变化的间接测量,结果表明,束团的拉伸是能散变化和势阱效应共同作用的结果。     

电光采样(EOS)法测量超短电子束束团长度中的模拟计算与误差分析

随着高能物理的发展, 高能量正负电子对撞机, X射线自由电子激光器, 先进的同步光源等, 都需要产生高流强超短脉冲的相对论电子束团. 于是, 亚皮秒电子束束团诊断成为加速器物理新发展的关键技术, 电子束长度的监测是其中的一部分. 电光采样(EOS)法测量超短电子束团长度有非侵入、非破坏、实时测量的特点, 具有较好的应用前景. 本文介绍该方法的原理, 通过模拟计算分析电子束束团与探测光间距、电子束电场与电光晶体晶轴夹角、探测光偏振方向与电光晶体晶轴夹角等实验参数与束团长度测量的关系, 做系统误差分析, 对实际实验有指导意义.     

First experimental research of the bunch compressor at CAEPLI

Magnetic bunch compressor is one of the key technologies on the path to next generation accelerator driven facilities. In this paper we report the design principles and the first experimental research of the bunch compressor developed at Chinese Academy of Engineering Physics (CAEP). The length of the bunch after compressor is found to be about 0.7 ps (rms) and the peak current exceeds 500 A when operated in the optimized condition. The sensitivity of the bunch length on the phase of the acceleration field and magnetic field of the bunch compressor was also measured and analyzed.     

Generation and measurement of sub-picosecond electron bunch in photocathode rf gun

We consider a scheme to generate a sub-picosecond electron bunch in the photocathode rf gun by im-proving the acceleration gradient in the gun, suitably tuning the bunch charge, the laser spot size and the acceleration phase, and reducing the growth of transverse emittance by laser shaping. A nondestructive technique is also reported to measure the electron bunch length, by measuring the high-frequency spectrum of wakefield radiation which is caused by the passage of a relativistic electron bunch through a channel surrounded by a dielectric.     

First experimental research of the bunch compressor at CAEP

Magnetic bunch compressor is one of the key technologies on the path to next generation accelerator driven facilities. In this paper we report the design principles and the first experimental research of the bunch compressor developed at Chinese Academy of Engineering Physics （CAEP）. The length of the bunch after compressor is found to be about 0.7 ps （rms） and the peak current exceeds 500 A when operated in the optimized condition. The sensitivity of the bunch length on the phase of the acceleration field and magnetic field of the bunch compressor was also measured and analyzed.     

可变参数磁压缩系统设计

北京大学30MeV超导加速器包含3个RF加速单元: 自主研发的1.5cell DC-SC(直流-超导)注入器, 经过升级的3.5cell DC-SC注入器, 以及1.3GHz 2×9cell Telsa型超导加速腔. 为充分利用该装置上高品质电子束, 计划压缩1.5cell注入器出口电子束用于产生相干THz光, 以及压缩2×9cell超导加速腔出口电子束产生红外自由电子激光. 通过理论计算及模拟计算相结合设计了一套可变参数磁压缩系统, 该系统可以同时满足两个RF加速单元后束团压缩的要求.     

Calculations for shortening the bunch length in storage rings using a harmonic cavity

Using the Hefei Light Source phaseⅡproject(HLS-Ⅱ)as an example,a theoretical analysis of shortening the bunch lengths using a higher harmonic cavity(HHC)is given.The threshold voltage of an active HHC and the threshold tuning angle of a passive HHC are first analysed.The optimum tuning angle for the constant detuning scenario and the optimum harmonic voltage for the constant voltage scenario are presented.The calculated results show that the reduced bunch length is about half that of the nominal bunch.The bunch lengths vary from 11 mm at 0.1 A to 7 mm at 0.4 A for the constant detuning scenario,while the bunch lengths are around 7 mm over the beam current range for the constant voltage scenario.In addition,the synchrotron frequency spread is increased.It indicates that HHC may be used to reduce the bunch length and increase the Landau damping of synchrotron oscillations in a storage ring.     

Calculations for shortening the bunch length in storage rings using a harmonic cavity

Using the Hefei Light Source phase Ⅱ project （HLS- Ⅱ） as an example, a theoretical analysis of shortening the bunch lengths using a higher harmonic cavity （HHC） is given. The threshold voltage of an active HHC and the threshold tuning angle of a passive HHC are first analysed. The optimum tuning angle for the constant detuning scenario and the optimum harmonic voltage for the constant voltage scenario are presented. The calculated results show that the reduced bunch length is about half that of the nominal bunch. The bunch lengths vary from 11 mm at 0.1 A to 7 mm at 0.4 A for the constant detuning scenario, while the bunch lengths are around 7 mm over the beam current range for the constant voltage scenario. In addition, the synchrotron frequency spread is increased. It indicates that HHC may be used to reduce the bunch length and increase the Landau damping of synchrotron oscillations in a storage ring.     

Possibility of the charge density modulation of an electron bunch in the electromagnetic wave field

We consider the problem of modulation of the electron density in a linear bunch after its interaction with a linearly polarized, monochromatic electromagnetic wave, as well as an opportunity to observe this effect. It is shown that one can achieve significant values of the modulation depth at high intensities of the electromagnetic wave.