中物院远红外自由电子激光实验研究

中国工程物理研究院基于射频直线加速器技术的远红外自由电子激光(FIR-FEL)实验取得阶段性进展,于2005年3月24晚8时30分首次出光, 并多次重复. 中心波长115μm, 谱宽1%.介绍了实验系统的主要组成部分和主要实验结果.     

曙光一号自由电子激光器的理论计算

系统总结曙光一号自由电子激光器理论计算的主要结果:包括曙光一号装置主要参数的选取和理解;磁场失谐曲线的计算;常参数摇摆器和变参数摇摆器的主要结果;高阶波导模的贡献;电子束参数扰动对激光性能的影响;空间电荷效应等。计算结果表明,常参数摇摆器激光输出功率可达80MW,效率约50％;变参数摇摆器激光输出功率可达250MW左右,效率约16％。     

椭圆波导FEM放大器的非线性特性研究

 以椭圆波导、平板摇摆器为FEM放大器的模型，导出了自洽的注波互作用三维非线性方程组。在此基础上编制了相应的程序。利用该程序分析了FEM放大器的饱和功率、效率以及带宽等高频特性。考虑了摇摆器渐变、空间电荷波、电子初始速度零散对高频特性的影响。     

100μmFIR-FEL摇摆器的改进

经过几年实验发现，摇摆器的磁场强度、峰值误差和好场区宽度对束波作用效率有很大影响。为了提高摇摆器性能对摇摆器如下改进：（1）提高磁场强度：永磁块材料采用北京钢研院的钕铁硼N39SH，其风达到11．6kOe（10e≈79．578A／m），B，达到12．3kGs（1Gs=10^-4T），（BH）max为36MGOe；摇摆器周期长度由30mm改为32mm，磁块与磁极宽度的比值由9：6改为11：5；（2）减小峰值误差和增加好场区宽度：改进永磁块、磁极的形状和固定方式，从机械上消除不规则磁块、磁极形状带来的负面影响。通过上述改进可以提高单电子小信号增益与理想增益的比率，即提高整个摇摆器品质。精密的磁场自动测量系统是摇摆器调试过程中所必须的装置，该系统经过改进，具有高精度、高稳定度、可同时监测x、y、z方向磁场值、操作方便等优点，为摇摆器的研制打下良好基础。     

毫米波圆柱波导自由电子激光放大器的数值模拟

本文以单粒子理论为基础，在不计空间电荷效应的近似条件下推导了带轴向引导磁场的三维圆柱波导非线性模拟方程组。用CAGFEL程序计算、分析了在带入口区、常数摇摆器条件下两组不同物理参数的自由电子激光放大器的物理模型。计算结果可靠，物理图象合理。对于其中的第二组参数还着重考查了光波频率、输入功率和摇摆器场振幅改变对输出功率和效率的影响。上述这些计算结果对0．7MeV 自由电子激光放大器的设计和实验具有一定的参考价值。     

一种高性能小周期摇摆器

介绍一种高性能小周期摇摆器的设计。采用槽型定位的分离状磁块,实现了磁场的半周期调节,对该摇摆器模型进行的测量表明,当摇摆器的周期λ_w=10mm,磁极间隙δ为5mm时,峰值磁场B_w=0.35T,磁场最大偏差δB_w/B_w<1.25％。     

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。     

六层加侧混合型摇摆器磁场的理论计算与数值模拟

 利用文献[1，2]给出的结果，提供了六层加侧混合型摇摆器中永磁体磁场的计算公式和软铁磁场计算的积分方程式。对周期长度lw =1.6cm，磁极间隙g=0.5cm的情况，计算了单向聚焦和双向聚焦两种不同构形的磁场分布，并得到了g /lw =1/3条件下，峰值磁场Bw超过1特斯拉的设计指标。     

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