拉曼型自由电子激光器中相对论电子运动稳定性的比较研究

拉曼型自由电子激光器作为一种兆瓦级高功率毫米波、太赫兹波辐射源, 其电子的运动稳定性对整体器件的性能至关重要.本文采用科尔莫戈罗夫熵方法, 以典型的麻省理工学院公布的实验数据为例, 比较研究拉曼型正向导引磁场和反向导引磁场两类自由电子激光器中相对论电子的运动稳定性. 结果表明:摇摆器绝热压缩磁场对电子运动的稳定性无实质性影响, 但对电子运动影响大; 电子束自身场在拉曼型正向导引磁场自由电子激光器中使电子运动稳定性变差, 而在拉曼型反向导引磁场自由电子激光器中则可改善电子运动稳定性. 关键词： 拉曼型自由电子激光器 相对论电子运动稳定性 科尔莫戈罗夫熵 电子束自身场     

圆极化变参数摇摆器中电子的稳定性研究

采用圆极化变参数摇摆器能延缓自由电子激光器件进入饱和,提高束波互作用效率。通过计算电子运动的柯尔莫哥洛夫熵来研究变参数摇摆器自由电子运动的稳定性。研究结果表明:摇摆器无论采用正坡度还是负坡度,平衡态电子的柯尔莫哥洛夫熵值均小于零,稳定性均比无坡度时好,但电子的运动轨迹趋于发散;当有激光场存在时,正坡度破坏电子运动的稳定性,负坡度改善电子运动的稳定性。其结果为电子运动稳定性的进一步研究提供参考。     

工作在可见和紫外波段的自由电子激光器

Madey指出用直线加速器,限制了电子束束流密度,使得自由电子激光器可能达到的短波长极限为1μm左右。本文提出利用自由电子激光器的高次谐波运转,用直线加速器可望获得可见和紫外波段的短波长激光。实现自由电子激光器高次谐波运转的关键是建立高K值的Wiggler磁场。     

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。     

具有导向磁场可变摆动器自由电子激光器及其设计方法

通过求解相对论电子的运动方程,根据电子在聚束势阱中运动状态的变化,讨论了在具有导向磁场可变摆动(Wiggler)场中电子与辐射场之间相互作用的物理过程.计算结果表明,当摆动场强沿电子束的传播方向递增,而导向磁场场强递减时,可以提高自由电子激光器的能量转换效率.     

无引导磁场Raman自由电子激光实验的理论分析

本文分析Raman自由电子激光中常用的双绕螺旋线摇摆器的自聚焦过程和自聚焦能力,得出束流稳定传输的条件,并与无引导磁场Raman自由电子激光实验中测得的传输束流进行分析比较。文中还对在电子脉冲线加速器EPA-74上完成的无引导磁场自由电子激光实验的辐射输出进行分析。理论分析与实验结果相符合。 关键词：     

曙光一号自由电子激光器束调节研究

简单介绍了曙光一号自由电子激光器实验布局．着重就束调节方案进行了数值模拟和实验研究，给出了束流调试结果,并进行了分析；当进入摇摆器的束流为950A，摇摆器磁场为0.31T，在摇摆器长度为2．4m的位置,获得了50MW的饱和功率，经变参数实验后输出功率提高到140MW．     

曙光一号自由电子激光器(FEL)电子束发射度的分析

对曙光一号自由电子激光装置电子束发射度的测量值进行了深入的分析。严格地计算了不同发射度的束流在摇摆器内的传输,计算了发射度对激光功率的影响。由此得出,曙光一号自由电子激光器可以省去9米长的束流选择段。     

高传输通过率带状电子注聚焦与传输特性的研究

大宽高比的非轴对称带状电子注在微波和毫米波真空电子器件中具有显著的技术优势与应用潜力. 采用轴向均匀磁场可以聚焦和传输带状电子注,且具有易于实现电子注与磁场的匹配和调节、聚焦强流电子注以及无传输截止电压限制等优点,但面临严重的Diocotron不稳定性. 结合单粒子模型理论和冷流模型理论,对带状电子注传输特性进行的研究及其数值计算表明,通过详细设计带状注电子光学系统物理参数,增强聚焦磁场并在传输通道高度方向上选择较大的电子注填充比,可以有效降低Diocotron不稳定性对带状电子注的影响,并实现其长距离稳 关键词： 带状电子注 传输 均匀磁场聚焦 Diocotron不稳定性     

相对论性电子在行波磁场中的自发辐射

相对论性电子在周期性磁场中的运动将产生自发辐射,这是产生自由电子激光的基础。本采用行波磁场作为周期性磁场,通过讨论可以看出,当电子通过这种磁场时将产生自发辐射,说明该磁场能作为自由电子激光器的摆动器。     

An off-axis 50-period electromagnet wiggler for millimeter-wavefree-electron laser experiment

An off-axis 50-period planar, short-wavelength (~10 mm) electromagnet wiggler is developed and characterized for millimeter-wave generation using a sheet electron beam in a free-electron laser experiment. Three-dimensional (3-D) magnetic field measurements of the electromagnet wiggler have been carried out. The measured wiggler magnetic field is 0.16 G/A ±3% while the mean value of wiggler wavelength is 0.998±3% cm. Due to off-axis arrangement of poles, there is a magnetic mirror field in the X direction, to confine the sheet beam     

Experimental and numerical studies of sheet electron beampropagation through a planar wiggler magnet

Detailed experimental studies on sheet relativistic electron beam propagation through a long planar wiggler are reported and compared with numerical simulations. The planar wiggler has 56 periods with a period of 9.6 mm. Typically, the wiggler field peak amplitude is 5 kG. The experimental efforts are focused on controlling the deviation of the beam toward the side edge of the planar wiggler along the wide transverse direction. It is found that a suitably tapered magnetic field configuration at the wiggler entrance can considerably reduce the rate of deviation. The effects of the following techniques on beam transport efficiency are discussed: side focusing, beam transverse velocity tuning at the wiggler entrance, and beam spread limiting. High beam transport efficiency (almost 100%) of a 15-A beam is obtained in some cases     

Identification of the Amplification Mechanism in the First Free-Electron Laser as Net Stimulated Free-Electron Two-Quantum Stark Emission

We find that the electron phase with respect to the incident laser radiation must be random in the first freeelectron laser （FEL） and, hence, the incident laser radiation works as a relaxation force to keep a Maxwellian distribution. We formulate the threshold laser intensity for amplification which agrees with the measured value in the order of magnitude in the first FEL. The magnetic wiggler must produce an electric wiggler whose period is the same as that of the magnetic wiggler. We find that net stimulated free-electron two-quantum Stark （FETQS） emission driven by this electric wiggler is the mechanism responsible for the measured gain and the measured laser intensity at the plateau in the first FEL.     

左右旋双双绕螺旋线线极化摇摆器的磁场分布及束流传输

给出了双双绕螺旋线线极化Wiggler轴线上磁场的积分表达式,以此公式数字模拟此装置端口区的磁场分布,并进行了实验测定,结果表明,端口区磁场峰值突变和对称性均比圆极化好。另一方面,用洛仑兹运动方程,考虑了电子束空间电荷效应,证明此装置对电子束传输有自聚焦能力,给出了电子运动方程,电子束流与Wiggler峰值磁场的关系,数字模拟电子束运动轨迹也表明,此装置能自聚焦传输电子束,有希望应用于线极化自由电子激光实验中。     

Adiabatic beam buncher for plasma accelerators

An adiabatic free-electron laser wiggler for electron beam bunching is described. A free-electron laser naturally bunches an electron beam. When the beam is trapped adiabatically, the emittance of the bunched beam is decreased significantly compared with abrupt trapping. For a 57-period two-meter buncher having poleface magnetic field of 2 T and 10 GW of 100 μm radiation, adiabatic trapping reduces the final emittance by a factor of three     

高斯束激光摇摆场中的电子运动轨道分析

对高斯束激光摇摆场中的电子运动轨道进行了分析．推导出轴向导引磁场与反向传播的激光摇摆场作用下的单粒子电子运动轨道，并对轨道的稳定性进行了分析．发现当瑞利长度较大时，得到的结果与平面电磁波摇摆场的结果相一致．与静磁摇摆场的自由电子激光相似，在激光摇摆场中的电子轨道也存在两类分立轨道，但是，与静磁摇摆场不同的是，这两类轨道都是稳定的 关键词：     

常参数波荡器自由电子激光中电子相轨道从周期性到非周期性的演化

本文讨论常参数波荡器(untapered wiggler)自由电子激光中电子的运动,发现考虑电子束与激光场之间的能量交换后,随着电子束等离子体频率增加,部份电子的相轨道将变成非周期性,随机型。 关键词：     

Dispersion relation and growth rate for a corrugated channel free-electron laser with a helical wiggler pump

The effects of corrugated ion channels on electron trajectories and spatial growth rate for a free-electron laser with a one-dimensional helical wiggler have been investigated. Analysis of the steady-state electron trajectories is performed by solving the equations of motion. Our results show that the presence of a corrugated channel shifts the resonance frequency to smaller values of ion channel frequency. The sixth-order dispersion equation describing the coupling between the electrostatic beam mode and the electromagnetic mode has also been derived. The dispersion relation characteristic is analyzed in detail by numerical solution. Results show that the growth rate of instability in the presence of corrugated ion channels can be greatly enhanced relative to the case of an uniform ion channel.