我国自由电子激光研究的最新进展

综述了我国一些研究单位的自由电子激光实验和理论研究，介绍并讨论了拉曼型自由电子激光、康普顿型自由电子激光以及电磁波泵浦自由电子激光和切连科夫自由电子激光等研究工作的最新结果。     

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。     

北京自由电子激光光学谐振腔动态失谐研究

提出微波系统宏脉冲内相位任意变化的方法,改善自由电子激光功率输出.以自由电子激光功率输出为指示,用计算机控制任意函数发生器改变宏脉冲内微波相位,短的建立时间和大的饱和功率会同时获得.北京红外自由电子激光器进行的实验证明这种方法可以有效地提高自由电子激光的功率输出.     

纳秒激光脉冲在空气中聚焦的临界自由电子密度问题

实验研究了高功率纳秒量级激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过率随输入激光脉冲能量变化的规律,发现在纳秒激光脉冲聚焦半径相同的情况下,激光脉冲的能量透过率随入射激光脉冲能量的变化可分为三种情况：当入射激光脉冲能量较低时,激光脉冲能量全部通过;当入射激光脉冲能量增大后,激光脉冲的能量透过率由近100%迅速减小;当入射激光脉冲的能量进一步增加时,激光脉冲的能量透过率继续缓慢变小.用临界自由电子密度以及所对应的临界时间点对上述实验现象进行了理论分析得到了如下结论：当自由电子密度未达到临界自由电子密度时,多光子电离过程起主要作用,而当自由电子密度超过临界自由电子密度后,逆韧致吸收过程起主要作用,临界时间点是入射激光脉冲与空气作用过程中自由电子密度达到临界自由电子密度的时刻.入射激光脉冲能量决定了临界时间点在脉冲作用时间上的位置,临界时间点的位置决定了激光脉冲的能量透过率.可以通过测量激光脉冲的能量透过率来计算出临界自由电子密度,从而确定出激光脉冲在空气中聚焦时的能量透过特性. 关键词： 临界自由电子密度 临界时间点 多光子电离 逆韧致吸收     

渡越辐射自由电子激光中自发辐射与受激辐射的关系

Madey定理是关于自发辐射与受激辐射之间关系的一个定理,它是自由电子激光中的一个基本定理。本文对渡越辐射自由电子激光器研究了这个问题,结果表明,Madey定理的第一部分在渡越辐射自由电子激光中也存在对应的形式,但远为复杂;定理的第二部分形式不变。最后用所得结果进行了小信号增益的简化计算。 关键词：     

圆波导契伦柯夫自由电子激光流体描述

用磁流体理论研究了契伦柯夫自由电子激光的性质,导出了空心束驱动的圆柱对称波导契伦柯夫自由电子激光的色散关系,利用色散关系计算了契伦柯夫不稳定性增长率,给出了饱和功率的估计值,考虑了束与介质间间隙对契伦柯夫自由电子激光的影响,并就空心束与实心束情况进行了比较。     

改型wiggler高次谐波自由电子激光的非线性理论分析

建立了改型wiggler自由电子激光的非线性理论,导出了自洽非线性方程组.用计算机模拟方法对改型wiggler高次谐波自由电子激光进行了分析,得到了电子在与光场相互作用,从线性调制到非线性饱和演化过程中的相空间群聚图、高次谐波的增益、抽取效率以及电子束能谱图,同时,还研究了电子束能散度对高次谐波的增益和效率的影响等.模拟结果证实了改型wiggler自由电子激光是实现短波长相干光辐射的重要途径之一. 关键词：     

圆波导契伦柯夫自由电子激光的单粒子理论

用单粒子理论研究了契伦柯夫自由电子激光的基本性质,给出了空心束圆柱衬介质波导契伦柯夫自由电子激光调谐特性,导出了增长率表达式,计算了克服谐振腔损失所需阈值电流和相互作用效率,讨论了束与介质间间隙的影响,并对空心束与实心束进行了比较,最后讨论了电子束品质对契伦柯夫自由电子激光的影响。     

FEL振荡器实验中电子束非理想入射和反射镜倾斜引起的三维效应模拟

用３－ＤＯＳＩＦＥＬ程序计算、分析了在自由电子激光振荡器实验中，电子束偏入射、斜入射和反射镜倾斜引起的各种三维效应对振荡器自由电子激光特性影响。     

FEL振荡器实验中电子束非理想入射和反射镜倾斜引起的三维效应模拟

用３－ＤＯＳＩＦＥＬ程序计算、分析了在自由电子激光振荡器实验中，电子束偏入射、斜入射和反射镜倾斜引起的各种三维效应对振荡器自由电子激光特性影响。     

用于远红外FEL的直线加速器物理模拟计算

波长在２００μｍ附近的自由电子激光对电子束品质有特别要求，不仅要求较长的束流微脉冲，而且对流强、能散度以及束流参数对加速器噪声的稳定性等都有很高的要求。我们采用ＰＡＲＭＥＬＡ程序，对一台由１０８ＭＨｚ分频预聚束器、９腔１３００ＭＨｚ聚束加速段和９腔１３００ＭＨｚ加速段组成的加速器进行了大量模拟计算，得到了满足ＦＥＬ要求的物理设计方案和对加速器各部件稳定性的要求指标。     

自由电子激光对束流品质的要求与改善措施

本文叙述了自由电子激光对电子束发射度、能散度和稳定性的要求，并介绍了采用谐波混频腔、光阴极微波电子枪和超导技术等改善措施中的关键技术问题。     

L波段强流单束团注入器的束流动力学计算

自由电子激光器要求高亮度、低能散度的电子束注入波荡器(Undulator)。本文叙述提供高亮度电子束的高频电子直线加速器中的注入器部分的设计计算。注入器由L波段(1300MHz)的十二分频和三分频两个谐振腔预聚束器和一个基波频率的变相速聚束器组成。粒子运动方程中考虑了空间电荷效应和束流负载效应。电子枪的注入参数:脉冲宽度T=4ns;电流I=5A;电子的初始动能E_0=100keV;电子束分布为高斯型。参数优化设计结果:单束团宽度小于25ps,峰值电流达400A以上,电子的平均归一化能量>4,束团内的能量差小于200keV。     

毫米波自由电子激光的数值摸拟和定标律

本文用毫米波自由电子激光三维程序(WAGFEL程序)对典型的矩形波导管毫米波自由电子激光放大器的情况进行了计算、并将所得结果与线性理论进行了比较。两者之间有很好的一致性。同时,考察了电流、束流能散度、空间电荷效应等因素对激光增益系数的影响。在束流亮度不变的情况下,考察了饱和输出功率和饱和功率位置与电流的关系,得到了一些十分有用的定标律。此外,还考察了波导效应、空间电荷效应以及β_2<1效应对共振磁场漂移的影响。     

非理想平面散射中心的磁通钉扎

本文提出了一个二类超导体中电子散射磁通钉扎的非理想平面模型。此模型比现有的理想化模型更接近实际情形。计算了此模型下的δK/K及一个刚性磁通线阵所受的钉扎力。在所得的结果中,散射平面厚度、散射几率及杂质含量对钉扎力的影响与实验结果符合较好。 关键词：     

射频自由电子激光器中光脉冲演化的模拟研究

用一维脉冲程序研究了自由电子激光器中光脉冲的演化过程。除了给出运转参数外，着重研究了脉冲的形状、位置抖动、能散度、光腔的同步失配等对光脉冲演化的影响。指出在同样条件下利用后倾的电子脉冲能够提高光脉冲能量的饱和值近一倍。     

驻波腔内电子运动过程的解析分析

考虑了加速电场的高次谐波的影响，解析地分析了电子在驻波腔内的运动过程，给出了电场分布，与数值模拟计算的电场分布比较吻合。讨论了高次谐波对电子束横向运动的影响，利用此解析解可选择高亮度注入器腔的最优电场分布。并得出射频驻波腔内电子束在β趋于１时射频场效应趋于零的结论。     

储存环光速调管自由电子激光的电子束能量调制

对光速调管中的能量调制过程以及影响电子束能量调制的因素，作了详细的计算和分析．其方法和结果对实际的储存环自由电子激光的设计具有参考价值 关键词：     

高能入射电子与原子离子碰撞激发截面

本文采用玻恩近似,计算高能入射电子与原子(离子)碰撞激发截面。其中仔细处理了包括复杂原子在内的跃迁矩阵元角部分,因而可以作广泛计算。本文还将计算所得结果与其他方法作了比较,其符合程度一般是相当好的。     

北京自由电子激光器电子束截面监测系统

报告了北京自由电子激光器(BFEL)从30MeV直线加速器出口到摇摆磁铁出口束流输运段的束流截面监测系统。该系统由四台遥控气动可伸缩荧光屏探头、光学放大系统、闭路电视摄象系统及视频图象处理系统组成。利用该系统进行模拟实验,其系统空间分辨率约100μm,达到BFEL总体要求。利用该系统可以测量摇摆磁铁入口处及内部电子束和准直激光的截面、位置和畸变,进行束流准直、聚焦和发射度测量。