高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器物理设计

讨论了高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器的物理设计,在确定了波荡器周期、周期数、峰值磁场强度范围和调制参数范围等总体参数后,选用混合型Halbach结构为波荡器的基本结构,永磁块长宽高为8 cm1.3 cm6 cm,磁极长宽高为5 cm0.6 cm4.8 cm。波荡器工作在变间隙模式下,间隙为1.81~3.05 cm时,波荡器峰值磁场为0.529~0.184 T,好场区为3.02~2.13 cm。同时,考虑到波荡器磁场误差对自由电子激光的影响,提出了波荡器各参数误差,并对波荡器端部设计进行了重点讨论。     

超长波荡器系统相位匹配的理论研究

波荡器是自由电子激光装置的核心部件, 如何实现超长波荡器段间相位的匹配是实现高增益X射线自由电子激光饱和输出的必要条件. 本文以北京大学973项目红外SASE自由电子激光实验装置波荡器的研制为模型, 给出了比较完整的相位匹配理论的描述, 进行了实现相位匹配的理论计算, 给出了实现段间相位匹配的具体端部结构和参数, 通过模拟计算表明, 当磁极调节范围为±0.5mm时可获得±100°的相位调整量. 该理论工作为今后高增益X射线自由电子激光超长波荡器系统总体方案的确立奠定了基础.     

双波荡器自由电子激光理论

给出了双波荡器自由电子激光器的通用理论.在双波荡器自由电子激光器中,引入了一个周期长度非常接近主波荡器中电子束感应加速振荡周期的附加波荡器.推导出了一套自治方程组描述双波荡器中自由电子激光场演变过程,并分别给出了低增益、高增益和饱和三种情况下的解析解.研究表明,适当选择附加波荡器的参数,可以提高自由电子激光器的增益或转换效率     

W波段同轴静磁波荡器自由电子激光优化设计

基于同轴静磁波荡器的自由电子激光主要利用环形电子束与同轴TE模式的相互作用产生电磁辐射,是一种重要的毫米波辐射源。分析了同轴结构作用区内外半径、工作模式、电子束电压、波荡器周期等参数对辐射频率的影响规律,研究了电子束平均半径的选取原则和束波互作用腔的设计方法,设计了辐射频率在W波段的基于同轴静磁波荡器的自由电子激光,并进行了粒子模拟,在电子束电压为720 kV,电子束流为1 kA的情况下,获得了频率107 GHz、辐射功率35 MW的TE01模,束波转换效率为4.9%,束波作用腔总长度小于200 mm,同轴静磁波荡器的磁场幅度0.34 T。     

W波段同轴静磁波荡器自由电子激光优化设计

基于同轴静磁波荡器的自由电子激光主要利用环形电子束与同轴TE模式的相互作用产生电磁辐射,是一种重要的毫米波辐射源。分析了同轴结构作用区内外半径、工作模式、电子束电压、波荡器周期等参数对辐射频率的影响规律,研究了电子束平均半径的选取原则和束波互作用腔的设计方法,设计了辐射频率在W波段的基于同轴静磁波荡器的自由电子激光,并进行了粒子模拟,在电子束电压为720 kV,电子束流为1 kA的情况下,获得了频率107 GHz、辐射功率35 MW的TE01模,束波转换效率为4.9%,束波作用腔总长度小于200 mm,同轴静磁波荡器的磁场幅度0.34 T。     

磁场预增强的锥型波荡器

研究了波荡器磁场增强对提高自由电子激光器效率的影响。模拟计算发现采用磁场增强波荡器能使自由电子激光器的效率提高到１７．６％，采用磁场预先增强而后又增弱的锥型波荡器则能获得高达４３．３￥的输出效率，自由电子激光器的功率得到进一步的提高。     

基于光栅结构的自由电子激光波荡器（特邀）

波荡器是自由电子激光器的关键技术部件,目前常规的波荡器主要由磁体构成,利用磁场实现电子束偏转振荡,将电子束能量耦合至激光场。本文提出一种基于光栅表面电场的电波荡器机制,以发展自由电子激光器的小型化技术。阐述了该波荡器的基本原理及电子束在波荡器中的运动规律,推导了该方案下的自由电子激光波长及增益,对所采用的光栅表面电场进行二维仿真,并对电子束进行了跟踪仿真,计算了能量10 MeV电子束产生的激光增益为0.43,验证了基于光栅结构的微纳波荡器方案的可行性。     

台式拉曼自由电子激光器建议

提出台式拉曼自由电子激光器的建议，新型台式拉曼自由电子激光器由马克斯发生器、虚火花放电电子束源和小周期波荡器等部分组成。外形尺寸将为传统的拉曼自由电子激光器的１／４至１／５。     

用于自由电子激光器的双绕螺线波荡器

研制了用于喇曼自由电子激光器的双绕螺线波荡器,测试了它的工作特性.用这台波荡器作泵浦源,获得了自由电子激光辐射,并进行了初步的参量研究.     

用于自由电子激光的光学速调管的设计与测试

 详述了用于合肥自由电子激光用的光学速调管的物理设计与测试,以及光学速调管实际运行结果与升级计划。测试结果表明,考虑三维效应的OPERA3D场有限元计算法比解析设计更精确,多周期波荡器中任意周期磁场峰值受该周期外其它周期波荡器磁体的影响小于10%。     

新型小周期wiggler的研制

本文提出一种新型小周期wiggler结构,它是由带铁芯的双绕螺旋片组成,产生圆极化磁场,对周期为10mm,长100mm的wiggler原型的磁场进行测量,横向磁场可达1KG,根据现有的加速器,加速电压为400—500keV,提出了输出频率为190GHz的小周期wiggler自由电子激光放大器设计。 关键词：     

Identification of the Amplification Mechanism in the First Free-Electron Laser as Net Stimulated Free-Electron Two-Quantum Stark Emission

We find that the electron phase with respect to the incident laser radiation must be random in the first freeelectron laser （FEL） and, hence, the incident laser radiation works as a relaxation force to keep a Maxwellian distribution. We formulate the threshold laser intensity for amplification which agrees with the measured value in the order of magnitude in the first FEL. The magnetic wiggler must produce an electric wiggler whose period is the same as that of the magnetic wiggler. We find that net stimulated free-electron two-quantum Stark （FETQS） emission driven by this electric wiggler is the mechanism responsible for the measured gain and the measured laser intensity at the plateau in the first FEL.     

Adiabatic beam buncher for plasma accelerators

An adiabatic free-electron laser wiggler for electron beam bunching is described. A free-electron laser naturally bunches an electron beam. When the beam is trapped adiabatically, the emittance of the bunched beam is decreased significantly compared with abrupt trapping. For a 57-period two-meter buncher having poleface magnetic field of 2 T and 10 GW of 100 μm radiation, adiabatic trapping reduces the final emittance by a factor of three     

高斯束激光摇摆场中的电子运动轨道分析

对高斯束激光摇摆场中的电子运动轨道进行了分析．推导出轴向导引磁场与反向传播的激光摇摆场作用下的单粒子电子运动轨道，并对轨道的稳定性进行了分析．发现当瑞利长度较大时，得到的结果与平面电磁波摇摆场的结果相一致．与静磁摇摆场的自由电子激光相似，在激光摇摆场中的电子轨道也存在两类分立轨道，但是，与静磁摇摆场不同的是，这两类轨道都是稳定的 关键词：     

An off-axis 50-period electromagnet wiggler for millimeter-wavefree-electron laser experiment

An off-axis 50-period planar, short-wavelength (~10 mm) electromagnet wiggler is developed and characterized for millimeter-wave generation using a sheet electron beam in a free-electron laser experiment. Three-dimensional (3-D) magnetic field measurements of the electromagnet wiggler have been carried out. The measured wiggler magnetic field is 0.16 G/A ±3% while the mean value of wiggler wavelength is 0.998±3% cm. Due to off-axis arrangement of poles, there is a magnetic mirror field in the X direction, to confine the sheet beam     

具有可变摆动器的自由电子激光器的一维数值计算

本文介绍了进行具有可变摆动器的自由电子激光器一维数值计算所使用的物理模型和一个激光放大器的具体计算例子。计算了摆动器参数、电子束和激光场之间的能量转换效率、激光强度、电子的相空间分布和能谱。得到的同步振荡周期和激光的饱和值与估计的值相符合。     

脉冲螺旋Wiggler磁体

本文讨论了Ｓｔａｎｆｏｒｄ大学所建筑的自由电子激光器中所采用的新奇的螺旋管Ｗｉｇｇｌｅｒ磁场的有关特性，并着重分析了脉冲电流螺旋Ｗｉｇｇｌｅｒ磁体的主要参数和时间特性。     

Amplifying autophase free-electron laser

The amplification of an electromagnetic wave in an autophase free-electron laser with the righthand polarized wiggler field and the oppositely directed focusing field is considered.     

远红外自由电子激光器的带宽扩展

本文研究了波导尺寸、电子束能量、摇摆器周期及磁场强度对波导型自由电子激光带宽的扩展作用，文中给了带宽约４００μｍ的远红外（工作波长６００－１０００μｍ）自由电子激光振荡器的设计参数，并对有关工程问题进行了讨论。     

Electric-Wiggler-Enhanced Three-Quantum Scattering and the Output Power Affected by this Scattering in a Free-Electron Laser

We derive the cross section of scattering through the three-quantum interaction of an electron with the incident laser field, the emitted photon, and an axial electrostatic field produced by the magnetic wiggler in the magnetic wiggler acting as the sole zeroth-order perturbing classical field in the first free-electron laser （FEL）. In the derivation, we apply quantum-wiggler electrodynamics （QWD）. We find that this scattering predominates the usual two-quantum scattering. The output power of spontaneous free-electron two-quantum Stark emission driven by the above electrostatic field attenuated by the three-quantum scattering agrees within a factor of 10 with the measured power in the case of the first FEL.