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。     

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。     

自由电子激光理论的经典近似

根据单粒子模型阐述了自由电子激光放大器的工作原理.讨论电子在周期性静磁场中与辐射场的作用,给出较清晰的物理图象.     

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。     

线极化静电摇摆器自由电子激光的理论分析

给出一种结构简单,具有自聚焦能力的短周期线极化静电摇摆器的场分析,并对相应的自由电子激光理论和自聚焦原理作了初步探讨。     

毫米波自由电子激光的数值模拟和实验的比较

从波导管毫米波自由电子激光器的设计要求出发,根据Livermore实验室FRED程序的物理思想,编制了空间三维的数值模拟程序(WAGFEL)。为了检验程序的可靠程度,结合ELF装置的实际参数,进行了数值模拟并和实验结果进行了比较。结果表明,把Wiggler磁场B_w增大300 Gs后,WAGFEL程序的模拟结果和Livermore实验室的实验结果基本符合。模拟使用的全部参数,除B_w增大300Gs外,都是ELF的实际参数。模拟时峰值磁场B_w=4050Gs,实验测量峰值磁场B_w=3720Gs,相差在8％左右。WAGFEL程序可以用来从事毫米波自由电子激光器的设计以及基本物理问题的研究。     

临近空间单粒子串扰的解析模型

随着尺寸不断缩减, 串扰对单粒子效应的影响越来越重要. 为了量化串扰效应对单粒子瞬态(SET)的影响, 基于SET等效电路和互连线的6 结点模型, 利用所定义的导纳的四种规则, 简化计算, 推导了单粒子串扰(SEC)的解析模型. 通过求导和泰勒公式, 导出了串扰电压峰值的表达式. 仿真结果显示, 该解析模型与SPICE电路的一致性较好, 平均相对误差为2.51%, 最大误差为5.11%.     

多体理论中单粒子基的选择——哈特来-福克位及质量算符位

利用推广的三能级可解模型,对Hartree-Fock基(HF基)与由质量算符定义的单粒子基(M基)做了较详细的考查.结果表明M基是单粒子基的一种最佳选择.HF基随力参数的变化将出现突变.最后本文还考查了质量算符摄动计算的收敛性.     

原子核单粒子共振态的研究进展

共振是自然界普遍存在的有趣现象。在核物理领域,存在许多奇特现象,共振在其中扮演着重要角色。介绍了近期发展的RMF-CSM、RMF-CGF和RMF-CMR方法及其对原子核单粒子共振态的研究。给出了120Sn,31Ne等核的单粒子共振态的能量和宽度及其随质量数、形变的变化规律,分析了19C,31Ne和39Mg等核的晕形成的物理机制和在N=20附近能级反转的原因。特别是新发展的RMF-CMR方法,在描述稳定核和奇特核方面都取得了成功,支持Zr同位素存在巨晕的预言。Resonance is an interesting phenomenon in nature. In nuclear physics, resonance plays an important role in the formation of many exotic phenomena. This paper introduces the recently developed RMF-CSM, RMFCGF, and RMF-CMR methods and their researches on nuclear single-particle resonances. The energies and widths of the single-particle resonant states in 120Sn and 31Ne and their evolution to mass number and deformation are given. In addition, the physical mechanism of the halo formation in 19C, 31Ne and 39Mg and the cause of energy level inversion near N=20 are analyzed. In particular, the newly developed RMF-CMR approach has been successful in describing stable and exotic nuclei and supports the prediction that Zr isotopes exist in a giant halo.     

变参数自由电子激光放大器的设计方法

据自由电子激光原理,利用变参数摇摆器设计可以大幅度提高自由电子激光放大器的效率,在分析文献中所提出的“单电子共振”和“磁场指数下降法”基础上,提出了变参数摇摆器的“多电子自洽设计和最佳选择”的设计方法。经数值计算证明,所提出的方法明显优于其它方法。     

曙光一号自由电子激光装置的设计研究

曙光一号自由电子激光装置(SG-1 FEL)是一台高功率毫米波段自由电子激光放大器,它由3.5MeV直线感应加速器、电子束调制系统、变参数摇摆器和微波种子源等部件组成。本文扼要叙述了SG-1 FEL的物理设计和主要技术参数,并重点分析了各主要部件的实验研究、计算模拟,以及物理设计和结构的特点。     

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。     

电子束流品质对自由电子激光小信号增益影响的计算

对电子束有一定初始能量分散或角度分散时的自由电子激光小信号增益用较简便的方法进行了分析计算,并给出了一个渐近公式,结果与用计算机模拟解自由电子激光微分方程组得到的结果一致。     

FEL振荡器的一维模拟计算

利用基于自由电子激光经典理论的一维模型的两个程序(MFEL1和FEL0),数值模拟了1.06μm自由电子激光振荡器的各物理参数的演化。MFEL1是考虑了Slippage效应的短脉冲多模计算程序,FEL0是没考虑Slippage效应的长脉冲单模计算程序。前者更能反映实际情况,后者能更细致地模拟光场与电子束在一次放大过程中的演化。计算表明,在短脉冲情况下,激光强度、品质、增益和能量抽取效率强烈依赖于电子束流强度,对一定范围的能散变化却不敏感;但在长脉冲情况下,上述物理量对能散在同样范围内的变化较为敏感。光强度的增益谱清楚地再现了小信号放大的Madey定理。在信号接近饱和时,增益谱的非零部分出现在远离共振频率的区域,这正是FEL中的边带不稳定性。     

静电电子回旋脉塞与静电自由电子激光

笔者提出了静电电子回旋脉塞的概念,并在三位博士生的共同努力下,建立了静电电子回旋脉塞的线性及非线性理论。接着,笔者又提出利用静电回旋系统建立静电自由电子激光的概念(此种静电自由电子激光目前在国际上简称为Orbitron自由电子激光),随即又建立了这种自由电子激光的线性理论并进行了数值计算。 陈晓东、欧阳征标和硕士生徐晓曦在他们的学位论文中,完成了静电电子回旋脉塞机理的实验论证工作。实验结果和理论计算较好地相符。 上述一系列的工作均已得到国际的公认。本文就是这一系列工作的基本总结。     

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％。     

高斯光束自由电子激光小信号增益分析

由增益的三维公式出发,对高斯光束时的小信号增益进行了分析。对电子束截面远大于光束截面情况给出了解析的增益渐近公式;对电子束截面远小于光束截面的情况。给出了解析的增益近似公式,结果与用计算机模拟所得相符。     

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。