渡越辐射及其在北京自由电子激光置束测中的应用

 在北京自由电子激光器装置的性能改进中,采用了基于渡越辐射的电子束诊断方法。描述了渡越辐射应用于电子束参数测量的基本理论,介绍了BFEL中利用渡越辐射进行的实验方案,并报导了初步的结果。     

光学渡越辐射电子束发散角二维拟合数值分析北大核心CSCD

光学渡越辐射具有良好的方向性,通过对光学渡越辐射空间分布曲线进行拟合可以对束流发散角进行计算。采用理论计算的方法,分析了电子入射到金属-介质界面时,入射角变化对光学渡越辐射二维空间分布的影响。计算分析表明,光学渡越辐射在特定偏振方向上的分布并不仅仅由电子束在该方向的发散角分量决定,同时还受到其他方向发散角分量的影响。计算对比了电子束散角一维分布和二维分布模型下光学渡越辐射空间分布的差异。结果表明,采用一维分布模型拟合计算的电子束均方根发散角存在偏差,较二维分布拟合结果偏小。     

渡越辐射在强流电子束诊断中的应用

文中描述了渡越辐射用于束流诊断的理论依据,介绍了利用渡越辐射对18MeV,2.7kA的强流脉冲电子束进行诊断的实验方案,介绍了在强流束测量中遇到的困难和解决方法.实验中获得了渡越辐射的特征图案,并对特征图案进行了分析,得到了测量时应该使用偏振片的结论.据此,利用渡越辐射测量了强流脉冲束的剖面、能量、发散角.并采用渡越辐射与切伦科夫辐射相结合的方法，用切伦科夫辐射测量束剖面,用渡越辐射测量能量和发散角,在同一次实验中获得了强流脉冲束的归一化发射度.     

X波段渡越辐射振荡器的理论和实验

研究了电子束在任意驻波场中的渡越辐射，并结合课题的需要探索了基于渡越辐射在X波段产生高功率微波的可行性。研究工作包括以下部分。     

利用光学渡越辐射进行强流束诊断

 描述了光学渡越辐射用于束流诊断的理论依据，介绍了利用光学渡越辐射对18MeV，2.7kA的强流脉冲电子束进行诊断的实验方案。在解决了在强流束测量中强背景干扰等问题后，获得了光学渡越辐射的特征图案，据此测量了强流脉冲束的剖面、能量、发散角和发射度。初步的实验结果表明，光学渡越辐射方法是强流束诊断的一种有效手段。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统,具有时间响应快、分辨率高等特点,可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响,并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点,阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响,指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响,需要在数据处理时考虑修正。     

径向三腔渡越时间振荡器数值模拟

 基于渡越辐射机理结合径向结构的低阻抗特性,提出了一种新型的低阻抗高功率微波器件——径向三腔渡越时间振荡器,它由3个等间距的边耦合同轴腔组成,径向运动电子束与谐振腔中的角向均匀模式场相互作用。采用PIC粒子模拟程序进行了模拟研究。在电子束能量450 keV、束流60 kA且无外加引导磁场的条件下,当结构参数网长为4.8 cm,腔间距为1.4 cm,电子发射面为0.8 cm,内径为8 cm时,获得了平均功率7.4 GW,频率4.1 GHz的微波输出,效率达27.4%,阻抗7.5 Ω。通过粒子模拟给出了束波互作用效率随电子束电压、电流以及谐振腔间距的变化曲线,电子束电压对输出微波频率的影响曲线以及不同谐振频率与最佳谐振腔间距的对应曲线,这些曲线表明该器件具有渡越时间效应的基本特征,属于渡越辐射器件,且具有对电子束质量要求不高的特点。     

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     

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.     

X波段五腔渡越管振荡器的理论与实验

随着脉冲功率技术和等离子体物理的不断发展，出现了一类基于电子束在谐振腔中的渡越时间效应的渡越辐射机制来产生高功率微波的器件。该类微波器件的起源是单腔管(TTO)，近年来，美国科学家提出了分离腔振荡器(SCO)，后来又研制出超级后加速振荡器（Super-Reltron)（通过对这些器件的研究，提出并仔细研究了基于渡越时间效应的渡越管振荡器。     

环形光斑的波前传感器与波前校正器优化布局

针对自适应光学系统常遇到的环形光斑，仿真研究了波前传感器子孔径的六种环形布局，得出了环形布局的指导原则，并将环形布局与传统的方形布局进行了比较，认为环形布局更适合于环形光斑．     

Hartmann wave-front scanner

A wave-front sensor is described that uses a programmable moving aperture to scan an incoming wave front. The position of the diffraction spot is recorded behind an objective lens with a two-dimensional sensor and gives an estimate of the local slope at the aperture position. Then the wave front is reconstructed by processing of the slope data. The device is basically a programmable Hartmann wave-front sensor. Compared with a microlens Shack-Hartmann wave-front sensor, its much longer focal length provides higher resolution, although real-time operation is lost. A practical implementation of the new scanner with a liquid-crystal television as the programmable aperture is presented.     

Electromagnetic-field distribution measurements in the soft x-ray range: full characterization of a soft x-ray laser beam

We report direct measurement of the electromagnetic-field spatial distribution in a neonlike Ar capillary discharge-driven soft x-ray laser beam. The wave front was fully characterized in a single shot using a Shack-Hartmann diffractive optics sensor. The wave front was observed to be dependent on the discharge pressure and capillary length, as a result of beam refraction variations in the capillary plasma. The results predict approximately 70% of the laser beam energy can be focused into an area 4 times the size of the diffraction-limited spot, reaching intensities of approximately 4 x 10(13) W/cm(2).     

激光引致激波演化数值研究

在高重复频率激光推进的研究中,激波的合并是发生在激波演化后期的,同时由于脉冲间隔短,脉冲宽度对流场演化的影响也需要详细研究。考虑了激光辐照过程对流场演化的影响,通过数值计算对激波演化特性进行了研究。结果表明,初期波阵面的椭球形状逐渐转化为一个球形,球心与击穿点的距离随时间逐渐减小并最终趋于稳定。基于激波合并的应用,当激波马赫数在1~2之间时,给出了激波波阵面半径随时间的变化规律,以及激波高压区长度和波峰压强随激波波阵面半径变化规律的经验公式。     

大口径超薄镜面对畸变波前的补偿

针对低频波前对光束质量的影响,优化设计了一个口径为300mm、半径与厚度比为20的薄型光学镜面,被用来对低频随机畸变波前进行补偿,并详细分析了补偿前后的光束质量变化。结果表明:无论是低频随机相位空间尺度参数变化,还是低频相位振幅参数发生改变,低频畸变经过补偿后,畸变波前明显变小,相位梯度在整个空间周期内都降低,远场强度的峰值增加,能量更集中,且能量集中度最高提高约50%。     

液体中激光等离子体冲击波波前传播特性研究及测试

将空气中球对称冲击波衰减波前传播公式推广到非完全中心对称情况，根据对光学阴影法对激光等离子体冲击波波前测试数据的计算分析，提出液体中点源激光等离子体冲击波旋转椭球面波前传播公式.并且用声学方法对水中和酒精中的激光等离子体冲击波波前进行实验测试，结果表明测试结果与计算公式相吻合. 关键词： 激光 等离子体冲击波 旋转椭球面     

产生旁瓣的激光波前功率谱密度与焦斑性能分析

 讨论了在放置与不放置焦斑形态控制器件KPP的两种情况下,采用功率谱密度模拟分析有旁瓣焦斑的激光束波前分布的特点,并由此探讨高功率激光驱动器在无旁瓣的聚焦情形下,对入射到打靶透镜的激光束波前畸变量的控制要求。     

伽柏与全息术的诞生

简述了伽柏为实现全息术所产生的“波前重建”的构想，并展示了激光全息术的广阔应用前景。     

自制的单轴晶体波面演示教具

介绍一种新的小型演示仪器，该仪器用于普通物理光学教学，能形象生动地演示单轴晶体中的光轴，主平面，o光和e光的波面，o光和e光各自的电矢量的反动方向，速率大小关系，并能灵活地结合课堂教学各种实例说明在不同条件下，双折射的产生及其原因。     

波前相位编码体光栅选择性衍射的理论分析

阐述了波前相位复用技术记录和再现体全息光栅的原理；运用波耦合理论，从衍射波的一阶微分方程推导出多重体光栅对随机波前相位的选择性衍射；构造了一个复随机过程函数，并利用其相关函数得到了随机波前相位编码体光栅实现无串扰再现的充分必要条件；给出了理论上分析多重体光栅对随机波前相位选择性衍射的一种方法.