曙光一号自由电子激光自发辐射放大的理论计算

曙光一号自由电子激光装置用自发辐射放大(ASE)机理,在毫米波波段测得了数百毫瓦的光信号输出。利用三维WAGFEL程序,结合曙光一号直线感应加速器型自由电子激光放大器参数,详细地分析了自发辐射放大的增益、输出功率随电子束的质量(包括束流能散度、流强、发射度等因素)的变化情况,给出了相应的定标关系;并且考察了摇摆场随机误差对自发辐射放大功率的影响。最后对自发辐射放大的实验结果进行了分析。     

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。     

摇摆场谐波对自由电子激光输出功率的影响

在单粒子理论的基础上,详细考察了摇摆场谐波分量对自由电子激光输出功率(包括基频及其谐波)的影响,给出了完整的模拟方程组,并在摇摆场谐波振幅远小于其基波振幅值的假定下,利用三维WAGFEL程序和毫米波自由电子激光放大器的参数模拟计算了摇摆场谐波对自由电子激光基频输出功率的影响。     

强流脉冲束在螺旋管透镜中的非线性传输计算

为计算强流脉冲束在螺旋管透镜6维相空间中的非线性传输,用Visual Fortran 6.5语言设计了一个计算程序,计算由漂浮空间、螺旋管透镜等元件组成的束流光学系统。程序在计算非强流脉冲束流的线性传输时,粒子的轨迹通过矩阵的直接相乘计算得出;程序在计算强流脉冲束流的非线性传输时,需要考虑束流中的空间电荷效应对束流传输的影响,在束流运动过程中,空间电荷场也在不断地变化,而且粒子运动的轨迹与空间电荷势又是相互依赖的,因此需要求得一个自洽的解,先把元件分成若干均等的区间,把电流分成若干等份,后采用束流电流迭代与元件区间迭代的计算方法。程序运行结束时,横向和纵向相图以及束流光学系统的束流包络线可以在微机屏幕上直观地显示出来。     

Echo-enabled谐波放大自由电子激光参数

通过数值模拟,结合解析计算分析,研究了Echo-enabled谐波放大自由电子激光对装置参数和主要束流参数变化的独立敏感性,给出了谐波聚束因子和饱和功率随参数变化的数值模拟结果;对色散段由相干同步辐射效应引起的能散和发射度增长进行了估算和数值模拟。结果表明:相干同步辐射效应引起的切片能散和切片发射度增长在5%以内,对最后辐射影响不大。     

放大器型自由电子激光饱和功率的定标定律

用量纲分析和数值计算相结合的方法,给出常参数放大器型毫米波自由电子激光基模辐射的饱和功率和饱和长度的一套定标定律。     

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。     

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。     

热阴极微波电子枪模拟计算

用模拟计算方法,研究了热阴极微波电子枪的束流动力学行为,采用笛卡尔坐标,编制了准三维模拟计算程序──HOTGUN.计算中除考虑了射频场外,还充分考虑了空间电荷效应(空间电荷场为轴对称场)、肖特基效应及稳态负载效应等.文中给出了HOTGUN程序与PARMELA部分模拟结果及中科院高能所自由电子激光室微波电子枪热测实验台部分实验结果的比较,最后以用于北京自由电子激光器的多腔热阴极微波电子枪为例,给出了详细的HOTGUN程序模拟计算结果.     

强流电子束产生和传输的数值模拟

本文采用SLAC-226程序计算了1.5MV强流电子束在二极管内的加速过程以及出阳极后的传输过程。高亮度二极管的设计是高效率自由电子激光的关键技术之一。本工作的目的就是通过1.5MV注入器的数值模拟,为寻找优化的二极管结构设计提供一种有效的数值方法。程序考虑了外加电磁场和电子束自身空间电荷和自生磁场效应。我们讨论了外加磁场的各种构形以及它们对束流品质的影响,计算结果与国外EBQ程序计算结果和实验结果进行了比较,证明本工作的结果是可靠的。SLAC-226程序可以为直线感应加速器的设计提供参考数据。     

自由电子迴旋谐振激光器

本文提出了一种新型的自由电子激光器—自由电子迴旋谐振激光器。文中给出了这种激光器的电子效率和起振电流表达式。 关键词：     

自由电子迴旋谐振激光器

本文提出了一种新型的自由电子激光器一自由电子迥旋谐振激光器. 文中给出了这种激光器的电于效率和起振电流表达式. 关键词：     

Laser-Induced Particle Jet and Its Ignition Application in Premixed Combustible Gases

A hot particle jet is induced as a laser pulse from a free oscillated Nd：YAG laser focused on a coal target. The particle jet successfully initiates combustion in a premixed combustible gas consisting of hydrogen, oxygen, and air. The experiment reveals that the ionization of the particle jet is enhanced during the laser pulse. This characteristic is attributed to the electron cascade process and the ionization of the particles or molecules of the target. The initial free electrons, which are ablated from the coal target, are accelerated by the laser pulse through the inverse Bremsstrahfung process and then collide with the neutrals in the jet, causing the latter to be ionized.     

Steady-state mechanism for polymer ablation by a free-running Er:YAG laser

A free-running Er:YAG laser is used to ablate polyethylene glycol and the ablation yield is studied as a function of molecular weight (1000-10,000 g/mol) and laser fluence (8-25 J/cm²). A steady-state ablation mechanism is proposed which includes recoil-induced expulsion as the primary contributor to the ablation yield. It is also proposed that the formation of a molten layer is a necessary part of the ablation mechanism because the calculated tensile strengths for the solid polymer are too large to permit fracture of the target due to the laser-induced stress transient. The ablation yield is found to depend in a sigmoidal fashion upon laser fluence, thus implying a variable ablation enthalpy. Finally, the current results are compared with that obtained previously with a free electron laser.     

玻璃表面层光学参数分布的研究

利用并改进平板玻璃两面Ｐ偏振光反射光强比的测量来确定玻璃表面光学参数的方法，测量了平板玻璃两面Ｐ偏振光反射光强比γ与入射角θｉ的关系曲线，运用新的表面层模型进行数据模拟，获得了表面层的光学参数分布。     

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。     

自由电子激光器谐振腔内电子束和激光脉冲的时间同步

研究自由电子激光器谐振腔内电子束和辐射的时间同步问题.这是激光器谐振腔设计中的一个重要问题.本文讨论了腔内布儒斯特窗片对光路的影响.研制出由微机控制谐振腔的精密微调装置,扫描范围为±3cm,微调精度达1μm.     

产生超快水窗波段X射线的ESASE方案模拟

脉冲宽度在百as（1 as=10?18 s）量级的X射线脉冲在超快科学领域有极为重要的作用。相较于目前世界上大部分运行在自发放大辐射模式的X射线自由电子激光（FEL）,增强型自发放大辐射（ESASE）模式可以显著增加电子束的峰值流强,减小FEL的增益长度,可用来产生百as量级的超快X射线。基于典型的软X射线FEL参数,对ESASE方案的参数进行了模拟优化,得到了百as量级、功率可达1 GW以上、波长可在水窗波段且可调节的X射线脉冲,为后续开展ESASE实验及其实验参数的优化提供参考。     

Photoelectron-beam generation up to short threshold

We report on the behaviour of electron beams extracted from metal cathodes illuminated by a powerful XeCl-laser beam. The target materials used were Zn, Y and Ge. During the electron extraction a plasma was created on the target surface. At high laser energies and high accelerating voltages the plasma introduces an impedance into the cathode-anode region. Owing to the plasma formation short-circuits occur in the accelerating region thus limiting the maximum output current. Under our experimental conditions, a laser energy of 27 mJ and 3 mm of distance cathode-anode, a maximum output corrent density of about 4.9 A/cm² was obtained with the Zn cathode. The yttrium target may provide a higher current density but so far it could not be demonstrated due to plasma formation which short-circuits the anode-cathode region. The experimental results obtained with Ge targets are interesting for obtaining short electron pulses.     

Modelling the formation of nanostructures on metal surface induced by femtosecond laser ablation

We employ the particle-in-cell method to simulate the mechanisms of femtosecond (fs) laser interactions with a metallic target. The theoretical approach considers the solid as a gas of free electrons in a lattice of immobile ions and the laser fluences close to the ablation threshold. At first moments of the interaction, our simulations mapped out different nanostructures. We carefully characterized the rippling phase and found that its morphology is dependent on the distribution of the electron density and the period of the ripples depends on the laser intensity. The simulation method provides new insights into the mechanisms that are responsible for surface grating formation.