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。     

对自由电子激光（FEL）发展的评论

分析了自由电子激光的技术特性，评估了国内外的发展现状、趋势和应用前景，对发展自由电子激光的意义，它的地位、作用和难点进行了评论，对我国自由电子激光今后的发展提出了一些建议。     

深紫外自由电子激光装置最新进展

中国科学院上海应用物理研究所自由电子激光团队于近日完成了一项新的自由电子激光实验,在上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)上,利用相对论电子束团在沟槽金属结构中激起的尾波场,对电子束纵向相空间的非线性进行了补偿,并成功实现了自由电子激光辐射光谱的操控和改善。该项研究成果近日发表在《物理评论快报》。作为第四代先进光源,自由电子激光由高亮度电子束团驱     

对史密斯-帕塞尔自由电子激光光栅的研究

为了研究史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率和光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的关系,对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光利用粒子模拟软件进行模拟和理论分析。首先,利用粒子模拟软件模拟对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光进行了研究,发现史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率随光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的增大而减少。接着,对史密斯-帕塞尔自由电子激光的光栅槽进行了理论分析,发现每个光栅槽都可以等效为一个LC谐振电路,并发现在史密斯-帕塞尔自由电子激光中存在两种辐射,一种是史密斯-帕塞尔辐射,另一种是LC振荡辐射。最后,对光栅槽的LC振荡辐射进行了估算,发现史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的模拟值与光栅槽的LC振荡辐射估算值的数量级均为102 GHz,且变化规律上一致。据此推测决定史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的应该是光栅槽,而不是谐振腔。     

远红外契伦柯夫FEL的动力学理论

契伦柯夫自由电子激光可以产生远红外相干受激辐射。本文建立了契伦柯夫自由电子激光的动力学理论并详细研究了初始信号频率,电子束电压和束—介质膜间隙对器件性能的影响。与自由电子激光,回旋自谐振脉塞比较,指出了短波契伦柯夫自由电子激光的几个显著特点。     

X射线自由电子激光

X射线自由电子激光是一种基于电子直线加速器的大型科学研究装置,可以产生超高亮度、超短脉冲、波长可调的相干X射线辐射,在物理、化学、材料、生命科学等诸多领域都有非常广泛和极为重要的应用。文章介绍了X射线自由电子激光的基本原理、运行模式、发展历程、国内外X射线自由电子激光大科学装置的发展态势以及近年来我国X射线自由电子激光装置的现状。     

自由电子激光对微波源稳定性的要求

 由自由电子激光物理出发，讨论自由电子激光对射频直线加速器微波功率源稳定性的要求，并据此得出国内目前已在运行的两台自由电子激光装置实现稳定运行微波功率源稳定性需达到的指标。     

美国发展自由电子激光的启示

本文试图通过对美国自由电子激光发展道路的分析,对我国发展自由电子激光谈一点看法。     

自由电子激光的空间电荷波理论

发展了相对论空间电荷波理论,并首先把空间电荷波理论用于建立自由电子激光的线性理论,揭示出自由电子激光中电子群聚及电子与波互作用机理的物理本质。并首次提出了“相对论去群聚”的物理概念,丰富了自由电子激光理论。同时提出了一些发展自由电子激光的新概念及新建议。     

磁压缩对高频稳定性的要求

 曲柄式磁压缩系统是北京大学SASE自由电子激光装置中非常重要的部分,通过其对电子束团的压缩为扭摆器提供高流强、短脉冲的电子束,使电子束在扭摆器内较短的距离实现饱和出光。曲柄式磁压缩需要利用偏离高频峰位的加速相位使得电子束产生能量-位置关联,主要讨论高频相位抖动与能量-位置关联的相互关系,高频相位抖动使得束团的能量-位置关联不同,即束团内电子能量随位置分布不同。进而研究其对磁压缩性能的影响,即能量-位置关联不一样会导致磁压缩得到的束团长度出现涨落。     

北京大学SASE FEL的参数优化研究

SASEFEL是获得短波长X射线激光的最佳途径,SASEFEL的理论和实验研究是当前FEL研究的热点.本文利用北京大学超导加速器装置提供的电子束,通过解析理论和3D模型的数值模拟方法得到了实现SASEFEL的扭摆器的优化参数,并讨论了电子束的束流品质参数对SASEFEL的饱和长度和功率的影响,对加速器的设计和调试有重要的参考意义.     

The Turkish accelerator complex IR FEL project

Turkish accelerator complex (TAC) project was approved by State Planning Organization (DPT) of Turkey in 2006. The complex will contain a linac-ring type electron–positron collider as a particle factory and different accelerator based light sources. As a first step to the national center, the construction of an IR FEL facility is planned until 2011. It is also planned that the technical design report for TAC will be completed in 2010. The TAC IR FEL facility will consist of an electron linac in the range of 15–40 MeV energy to obtain FEL in 2–185 microns range. In this study, the preliminary parameters of TAC IR FEL facility were presented. The possible using of the obtained FEL in material science, nonlinear optics, semiconductors, biotechnology, medicine and photochemical processes were discussed.     

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...     

稳定波长反馈引起的失谐对自由电子激光的影响

 利用修改的一维非定态程序,基于美国杰弗逊实验室（JLab）Demo自由电子激光装置的参数,对高功率自由电子激光振荡器稳定波长的反馈系统进行了数值模拟。电子微脉冲为高斯型分布,每个纵向网格中取16个模拟宏电子,不考虑电子束的能散度。结果表明：当无反馈时,腔内光功率和波长都可以在一定范围内稳定;加入反馈后,由于电子束能量的变化所引起的等效失谐对整个系统有着重要的影响,甚至可能导致电子和光场失去相互作用,从而使得装置不能工作。提出应该在光场达到饱和以后再启动稳定波长反馈系统。模拟结果证明,该实施方案是合理有效的,可以避免其对FEL运行的严重影响。     

Three dimensional study of harmonic operation at the Shanghai deep ultraviolet free electron laser

With the right choice of parameters in the free electron laser (FEL) scheme, the undulator can be primarily operated at high order harmonic modes and the harmonic radiation is expected to be significantly enhanced. Recently, the possibility of proof-of-principle harmonic operation experiments on the basis of the Shanghai deep ultraviolet (SDUV) FEL test facility has been studied. In this paper, the principle of harmonic operation, three dimensional numerical approaches, and detailed performances of proposed harmonic operation at SDUV FEL are presented.     

太赫兹自由电子激光的受激饱和实验

中国工程物理研究院基于半导体光阴极高压直流电子枪和超导直线加速器的高平均功率太赫兹自由电子激光达到了受激饱和,并实现了太赫兹光输出频率可调.在1.99,2.41和2.92 THz三个频率点上进行测试,测得太赫兹宏脉冲内平均功率大于10 W,最高达17.9 W.本文介绍了太赫兹自由电子激光装置的主要组成部分及受激饱和实验的结果.     

Design of cascading two stages of high gain harmonic generation scheme based on Shanghai deep ultraviolet free electron laser

Cascading stages of high gain harmonic generation free electron laser (FEL) seem to be a feasible way to generate short wavelength radiation. With help of the analytical estimates, we design a two-stage cascading scheme to achieve 131 nm DUV radiation on the basis of the Shanghai deep ultraviolet free electron laser test facility. Detailed studies on the FEL performance, the stability and the sensitivity of the output power to parameter variation have been achieved by GENESIS1.3, and design of the lattice structure is presented.     

Study on the characteristics of linac based THz light source

There are many methods based on linac for THz radiation production.As one of the options for the Beijing Advanced Light, an ERL test facility is proposed for THz radiation.In this test facility, there are 4 kinds of methods to produce THz radiation: coherent synchrotron radiation (CSR), synchrotron radiation (SR), low gain FEL oscillator, and high gain SASE FEL.In this paper, we study the characteristics of the 4 kinds of THz light sources.     

Three dimensional study of harmonic operation at the Shanghai deep ultraviolet free electron laser

With the right choice of parameters in the free electron laser （FEL） scheme, the undulator can be primarily operated at high order harmonic modes and the harmonic radiation is expected to be significantly enhanced. Recently, the possibility of proof-of-principle harmonic operation experiments on the basis of the Shanghai deep ultraviolet （SDUV） FEL test facility has been studied. In this paper, the principle of harmonic operation, three dimensional numerical approaches, and detailed performances of proposed harmonic operation at SDUV FEL are presented.