100 μm FEL受激辐射光学诊断

 给出了基于L波段射频直线加速器运行的100 μm FEL自发辐射与受激辐射实验的光学诊断结果，简要介绍了100 μm FEL的光腔准直系统。针对100 μm FEL实验研究的基本要求，对辐射信号的波长光谱、功率能量和脉冲结构等主要参数进行了测量诊断。利用远红外光栅谱仪和锗掺镓光电探测器组成的测量系统，对辐射光的宏脉冲信号进行分光，测量得到了辐射光信号的波长光谱和宏脉冲波形，测得受激辐射中心波长约为115 μm；利用标定过的锗掺镓探测器对辐射信号的功率能量进行了测量，测得单个宏脉冲的功率约为mW量级，能量为nJ量级。     

远红外FEL摇摆器的改进及调试

摇摆器是相对论性电子束与光场相互作用的区域，在FEL研究中起着至关重要的作用。在电子束品质(能散、发射度、流强等)一定的情况下，摇摆器的性能参数，如峰值场强、峰峰值误差、好场区大小等就基本决定了FEL增益。中物院远红外。FEL摇摆器由于受使用寿命及国内加工水平不够等因素影响，其整体性能在使用3年后发生了较大变化，已不能再满足下一阶段FEL受激辐射研究的需要。概括起来有以下5点：峰值场强的设计值为0．3000T，研制完成时的实际值约为0．2900T，现已下降至0．27T。峰值场强的下降不但会引起总体设计波长的漂移，而且会导致FEL小信号增益的下降；研制完成时的峰峰值误差为1．4％，现在的最好状态为2．5％。峰峰值误差过大将导致FEL谱线展宽，     

波荡器谐波场增强效应对电子自发辐射谱的影响

 有效利用电子束在波荡器中运动时产生的谐波辐射,是获得更短波长辐射最直接的方法之一。提高波荡器磁场的谐波分量可以提高电子束的谐波辐射光场强度。分析了一种改进Halbach型波荡器结构,计算了其磁场的构成,分析表明这种结构可以使磁场的三次谐波分量提高至基波分量的25%左右。以合肥光源的电子束参数为例,计算了波荡器磁场谐波分量增强后对电子束自发辐射谱的影响。计算结果表明,波荡器磁场谐波分量增强至25%时,可以使电子束自发辐射的三次谐波辐射增强至基波辐射光子通量的67%左右。     

环形束超辐射自由电子激光实验

本文叙述了1987年10月我们用500keV.1kA环形电子束进行的喇曼型自由电子激光(FEL)实验。空芯石墨阴极发射的环形电子束外径4cm,在轴向磁场引导下通过内径5.2cm的不锈钢漂移管,束厚0.1cm。互作用区由空间周期长度λ_w=2cm的双螺旋线摇摆器组成,进出端均为绝热过渡。测量到10MW的32GHz微波辐射,效率为1.6％。输出功率与互作用区长度的关系表明辐射增长率为2dB/cm。用波导色散线和带通滤波器测量到辐射频率在27-38GHz间可调。     

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。     

20MW速调管调制器研制

3～8gm自由电子激光（FEL）实验系统主要由光阴极注入器、RF驻波加速腔、磁脉冲压缩、永磁摇摆器、光纤谐振腔和单一微波源系统组成。主要工作过程是：由光阴极产生微脉冲电流为30-50A的电子束团进入RF驻波加速腔加速到30MeV，再经磁脉冲压缩，得到更高微脉冲电流的电子束团，然后该束团进入摇摆器和光学谐振腔得到FEL增益放大。     

SASE自由电子激光起振问题及统计特性的数值模拟

 介绍一种自放大自发辐射自由电子激光（SASE FEL）的自发辐射和电子束噪声的数学描述，运用修正的一维非定态程序，对SASE FEL 起振问题及光场统计特性进行了数值模拟，分析了自发辐射谱的发展过程及一定频带宽度内光场随机特性的统计规律，数值模拟结果与理论结果符合较好。     

短波长自由电子激光器电子运动特性研究

短波长自由电子激光器的电子束在摇摆器中的传输通道长而狭窄, 须得电子具有良好的运动特性, 避免在传输过程中产生横向发散. 本文研究短波长自由电子激光器中超相对论电子在磁场具有横向分布的平面摇摆器中的三维运动特性, 用逐次逼近法推导相对论运动方程的解析表达式, 非线性数值计算模拟传输过程, 采用科尔莫 戈罗夫熵 方法分析运动的稳定性. 结果表明: 摇摆器磁场除使电子做周期性摇摆运动外, 还迭加了偏离轴线的横向漂移运动, 在没有外置的磁场聚焦系统情况下, 电子将偏离轴线横向发散; 但是, 恰当选取电子的横向初始速度, 可有效地防止电子运动的横向发散, 即使没有外置的磁场聚焦系统, 也能在长达10 m 的摇摆器中顺利传输, 横向位移范围不超过0.09 mm, 而且其运动是稳定的. 关键词： 短波长自由电子激光器 平面摇摆器 超相对论电子运动 运动稳定性     

FEL光学速调管的升级性能分析

通过三维磁场的有限元计算，给出了自由电子激光（FEL）研究用光学速调管升级后的磁参数。国家同步辐射实验室合肥光源（HLS）电子储存环能量可以日常运行在200～800 MeV间，为了与电子储存环能量匹配，并在较高束电子能量下进行实验和得到较多的相干辐射光子，光学速调管从原来的对称结构升级成非对称结构，用于HLS储存环谐波产生FEL实验。给出了升级后非对称光学速调管的几组匹配磁参数，用于在HLS储存环注入能量和可以运行的最高能量下进行谐波FEL实验。初步计算表明，HLS 储存环电子束性能优越，能散很低，FEL实验用最高能散仅为2.05×10-4，相应FEL辐射的能散修正因子在0.96以上，可以忽略不计。     

喇曼型无引导场自由电子激光实验

EPA-74脉冲线加速器二极管改用凹面聚焦阴极产生束流,从有栅网阳极孔引出后,通过磁透镜将束流注进长1.5m,周期长3.45cm的双绕螺旋摇摆器中,摇摆器磁场为1.25kGs时,进入摇摆器均匀区的束流为280A,传输到均匀区末端束流130A。实验得到130dB/m的增长率和辐射输出饱和现象,饱和功率7.6MW,效率5％。由波导色散线和微波量热计分别测得辐射频率为37GHz和辐射能量48mJ。辐射波模为TE_(11)圆波模。     

有线性摆动器和轴向引导磁场的自由电子激光器的自发辐射及受激喇曼辐射

本文研究的自由电子激光器具有线性摆动器及轴向引导磁场.强流相对论冷电子束通过位在这些磁场中的平行平板波导。我们计算了它的自发辐射和受激喇曼辐射,给出了单位频率单位立体角的自发辐射功率和在电子静止坐标中的横电波(TE模)的受激喇曼辐射的色散关系和增益公式。     

超高增益的微型自由电子激光器

我们研究了自由电子激光的增益特征,发现一类具有超高增益的微型自由电子激光器,这类激光器位于远红外谱区,它由具有高质量电子束的射频直线加速器,微型摇摆器和毛细波导管组成。     

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。     

喇曼型无引导场自由电子激光实验的理论计算

用三维程序CAGⅡ对西南应用电子学研究所在EPA-74脉冲加速器上所作的FEL(自由电子激光)实验进行了数值模拟,分析计算了输入功率、摇摆器磁场振幅、自发辐射频率、电子能量、束流强度和发射度等参数变化时对饱和位置、饱和功率和效率的影响。在对实验参数中的电子能量作合理调整的条件下,数值模拟的增益系数大约为70dB/m,是实验值的80％。因此饱和位置比实验推后20％到40％。饱和功率高出大约3倍。经折算后大约为1MW,与实验结果比较接近。考虑到实验的复杂情况可认为理论结果同实验结果基本符合。     

电磁铁摇摆器磁场的二维数值计算

本文根据泊松方程用数值计算给出了电磁铁摇摆器的二维磁场分布,定量地讨论了磁极形状、磁隙大小、周期长短和电流大小等因素对峰值磁场强度的影响,重点讨论了如何根据二维磁场分布选择磁极形状才能提高峰值磁场强度和抑制磁饱和的问题。将计算的二维磁场分布和摇摆器磁场的理想波形相比较,可以帮助我们确定进入摇摆器的束流半径应该控制的范围。在对电磁铁摇摆器磁场二维数值计算的基础上,还探讨了适用ATA电子束的PALADIN摇摆器用于ETA电子束带来的结构设计和材料选择等问题。     

采用波导提高远红外自由电子激光的净增益

中国工程物理研究院建造了一台波长约为120μm的远红外自由电子激光（FIR FEL）振荡器。CAEP FI RFEL由L波段射频加速器驱动，采用了线极化平面摇摆器（晰ggler）和由2个对称的球面镜组成的稳定光腔，在下游镜中心开一个小孔以输出激光。     

光学速调管的自发辐射计算

 光学速调管自发辐射的结果是鉴定其性能的指标之一。根据合肥同步辐射环上采用的光学速调管和实测的磁场数据,计算了单能电子束和具有不同能散度电子束的自发辐射谱及相应的小信号增益谱,结果表明光学速调管的性能是好的。     

曙光一号自由电子激光实验

叙述了曙光一号装置（ＳＧ－１ＦＥＬ）继１９９１年首轮实验后安排的第二轮实验，由于注入器设计和新的天鹅绒阴极材料的使用，使电子束亮度有较大提高，在数值模拟基础上，省去了长９ｍ的束流调制区，而改用２ｍ束流传输段。实验表明，自发辐射放大（ＡＳＥ）的输出功率接近１００ｋＷ，指数增益系数约２０ｄＢ／ｍ，在相互作用区自由电子激光功率呈良好的指数增长；磁场失谐曲线与数值模拟基本一致，摇摆器内通过的电流基本保持在６００Ａ左右，从而验证了双向聚焦的摇摆器设计达到了预期目标。     

新型高谐波分量摇摆器的研究

分析了提高摇摆器中谐波场分量的方法，提出了一种新型谐波摇摆器Ｕ形谐波摇摆器，并对其参数进行了优化。讨论了在Ｕ形谐波摇摆器中的电子轨迹和自发辐射谱。设计和制作了６个周期的模型以验证理论，并对模型进行了测量。     

相干谐波辐射的测量方法和系统

 研究了光学速调管自发辐射谱,其调制率已达0.80,即将进行相干谐波辐射实验。介绍了相干谐波辐射实验的主要考虑因素、相干增强因子的测量方法和测量系统以及种子激光与电子束的准直和同步。