自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

 利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

自由电子激光的基本原理

激光是基于受激放大原理而产生的一种相干光辐射.普通激光是固体或气体的原子或分子产生的受激相干辐射,而自由电子激光则是由真空中的自由电子产生的受激相干辐射.自由电子激光的概念是杰·梅第(John Maday)于1971年在他的博士论文中首次提出的［1］.1976年他和他的同事们在斯坦福大学建立了第一台远红外波段的自由电子激光装置,实现了10.6μm波长的光放大.研究表明,自由电子激光具有很多其它光源无法替代的优点,在科学研究、军事和国民经济各方面具有重要的应用前景［2］.因此从80年代中期开始,自由电子激光的研究在很多国家都开展…     

提高相干谐波输出的一种新方法

本文利用自由电子激光(FEL)纵模统一理论讨论了光学速调管自由电子激光相干谐波的输出情况。从物理上分析了非对称光学速调管的设计,得出了采用非对称的光学速调管可使FEL的相干谐波输出提高近30％。     

FEL振荡器的一维模拟计算

利用基于自由电子激光经典理论的一维模型的两个程序(MFEL1和FEL0),数值模拟了1.06μm自由电子激光振荡器的各物理参数的演化。MFEL1是考虑了Slippage效应的短脉冲多模计算程序,FEL0是没考虑Slippage效应的长脉冲单模计算程序。前者更能反映实际情况,后者能更细致地模拟光场与电子束在一次放大过程中的演化。计算表明,在短脉冲情况下,激光强度、品质、增益和能量抽取效率强烈依赖于电子束流强度,对一定范围的能散变化却不敏感;但在长脉冲情况下,上述物理量对能散在同样范围内的变化较为敏感。光强度的增益谱清楚地再现了小信号放大的Madey定理。在信号接近饱和时,增益谱的非零部分出现在远离共振频率的区域,这正是FEL中的边带不稳定性。     

第四代光源

 第四代光源（X射线激光）是继第三代同步辐射光源以后,人们正在探索之中的新一代光源,它在亮度、相干性和时间结构上都大大优于第三代同步辐射光源。从目前发展的趋势来看,新一代的短脉冲、高亮度、可调的相干X射线光源将是基于自放大自发辐射原理的高增益自由电子激光（SASE FEL）。综述了第四代光源的由来、它和SASE的关系, 它的优异特性、发展现状以及应用前景。     

曙光一号自由电子激光放大器实验成功

1999年3月30日中国工程物理研究院的研究人员在曙光一号自由电子激光装置(SG—1FEL)上得到功率约10MW的微波信号。信号频率约34GHz与输入的种子微波的频率相同。指数增长区的增益达20dB/m。这标志着我国第一次在感应直线加速器上,成功地完成了自由电子激光放大器实验。     

FE L用于阈l能反应分子法激光分离铀同位素研究

提出了自由电子激光(FEL)的一种可能应用.指出静电电子加速器驱动的FEL技术目前已有能力满足阈能反应分子法激光分离铀同位素的要求.阈能反应分子法由于只需一次激光激发,因此从原理上讲,它的一次分离系数很高,优于原子法与其他分子法,在高浓铀小规模(10kg/a)生产中有其可行性.     

相干谐波储存环自由电子激光

相干谐波自由电子激光不用光学谐振腔及反射镜,可望工作在紫外和真空紫外光波段,是第四代同步辐射光源的可能途径之一。由于对束流品质要求很高,相干谐波自由电子激光首先是以储存环作为驱动器而发展起来的。由于光阴极微波电子枪的发展和直线加速器技术的进步,目前,已开始有直线加速器驱动的高增益相干谐波自由电子激光的建议。文章介绍了相干谐波储存环自由电子激光的原理、现状及展望。     

光速调管FEL的小信号增益理论

 利用自由电子激光（FEL）纵模统一理论，系统地分析了光速调管FEL的小信号增益理论，并对色散参数Nd、束流能散度和发射度的影响进行了讨论。     

短波自由电子激光放大器数值模拟

介绍在理论上研究自由电子激光(FEL)的MICFEL程序。MICEFL是以单粒子理论为基础的二维放大器程序。利用MICFEL计算的Paladin实验结果与FRED程序计算结果以及25米Paladin实验结果相比均基本符合。理论计算的结果显示了FEL增益光导的特性。     

磁场随机误差对自由电子激光增益和输出的影响

根据于敏教授的自由电子激光纵模统一理论,推导了磁场含有随机误差影响时光场的小信号增益和指数增益。并且结合曙光一号FEL装置,给出了指数增益区磁场随机误差σ与增益参数g_0的定标关系。同时利用三维WAGFEL程序详细地模拟计算了磁场随机误差对自由电子激光增益和饱和增益的影响。线性理论的结果得到了模拟计算的证实。     

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。     

X射线自由电子激光试验装置

X射线自由电子激光试验装置(以下简称"SXFEL试验装置")是中国第一台X射线相干光源,其输出波长小于9 nm。这台基于0.84 GeV直线加速器、以掌握装置相关技术和实验演示种子型自由电子激光(FEL)级联与短波长回声型FEL为主要目标的自由电子激光装置,于2020年11月通过国家验收。本文将介绍SXFEL试验装置的基本情况和主要进展。     

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。     

孔耦合自由电子激光振荡器光场横向结构特性

 孔耦合输出对自由电子激光(FEL)振荡器腔内光场的横向结构有很大的影响, 在输出镜上横模之间发生很复杂的耦合转换。基于中物院远红外自由电子激光振荡器, 研究了 孔输出波导 FEL的数值模拟, 对孔耦合及其引起的腔内光场的变化给以特别的注意, 依据数 值结果, 分析了孔耦合FEL光场横向结构的特性。     

曙光一号自由电子激光装置出光

为了对自由电子激光(FEL)进行基本物理研究,中国工程物理研究院设计建造了曙光一号自由电子激光装置(SFLE),并于1991年9月17日首次出光。     

带Wiggler场平板型部分填充介质CFEL的切仑柯夫自由电子激光的动力学耦合模理论

用二维波动力学耦合模理论研究了带Wiggler场平板型部分填充介质的FEL。研究结果表明,该系统可用低能电子束产生对介质厚度无特殊要求的短波长FEL。适当选择参数,可使其增长率和效率高于普通自由电子激光和切仑柯夫自由电子激光,并证明本系统超辐射放大的工作主模应是纵向截面电场模。     

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。     

激光电子散射中的最大可能增益

借鉴自由电子激光(FEL)发展之初Madey对自由电子激光器中受激辐射引起的增益的讨论,通过在激光场中的量子电动力学(QED)的模型中引入激光电子系统初态态密度以及由不确定的系统初态到确定光子末态的跃迁速率,推导了激光电子正碰过程中受激辐射至单一电磁模式产生的最大可能增益。采用成功得到X射线或$\gamma $射线光子的三个激光电子Compton背散射实验的实验参数计算了激光电子散射过程中的最大可能增益,与第一台X射线自由电子激光(XFEL)中的最大可能增益作比较,进而对激光电子散射作为激光光源的可行性进行评估。计算结果表明,现有的能够得到X射线光子或$\gamma $射线光子的激光电子散射实验中的最大可能增益远低于第一台XFEL中的。本工作未能找到合适的激光电子参数以获得比第一台XFEL中更高的最大可能增益,但是在入射电磁波位于射频波段范围内找到了能够实现较高增益的参数组合。     

圆柱型填充介质慢波自由电子激光器的理论分析

用流体理论研究了带wiggler场圆柱型填充介质的自由电子激光器(FEL)。结果表明:本系统超辐射放大的工作主模式为横电(TE)模,并具有所有慢波FEL的特点。 关键词：