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1.
短波长自由电子激光器电子运动特性研究   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
王时建  徐勇根  吉驭嫔  徐竟跃  卢宏  刘晓旭  张世昌 《物理学报》2013,62(14):144103-144103
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  相似文献   

2.
拉曼型自由电子激光器作为一种兆瓦级高功率毫米波、太赫兹波辐射源, 其电子的运动稳定性对整体器件的性能至关重要.本文采用科尔莫戈罗夫熵方法, 以典型的麻省理工学院公布的实验数据为例, 比较研究拉曼型正向导引磁场和反向导引磁场两类自由电子激光器中相对论电子的运动稳定性. 结果表明:摇摆器绝热压缩磁场对电子运动的稳定性无实质性影响, 但对电子运动影响大; 电子束自身场在拉曼型正向导引磁场自由电子激光器中使电子运动稳定性变差, 而在拉曼型反向导引磁场自由电子激光器中则可改善电子运动稳定性. 关键词: 拉曼型自由电子激光器 相对论电子运动稳定性 科尔莫戈罗夫熵 电子束自身场  相似文献   

3.
3-D motion of electrons with on-axis and off-axis guiding centers in realistic helical wiggler and axial guide field is analysed. It is found that purely helical orbits couldnot exist for the electrons with off-axis guiding centers, except for those with on-axis guiding centers. Perturbation solutions of the electron's velocity and orbit averaged over the cyclotron angle are derived. Our calculations indicate the divergence of the electron orbits near resonance.  相似文献   

4.
束小建  陈基忠 《光学学报》1991,11(5):25-432
本文采用基于单粒子理论的CAGFEL程序,对中国科学院上海光学精密机械研究所(简称上海光机所)喇曼自由电子激光器的近期实验结果进行了数值模拟,计算表明,当电子能量E_e=0.5MeV,能散度△γ/γ=6%和发射度ξ=0.06(π)rad·cm时,器件的峰值功率高达24MW,对应的辐射增长率为120dB/m,效率为6.1%。  相似文献   

5.
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。  相似文献   

6.
The effects of self-fields on electron trajectories and gain in planar wiggler free-electron lasers with two-stream and ion-channel guiding are investigated. An analysis of the two-stream quasi-steady-state electron trajectories is given by solving the equation of motion in the presence of ion-channel guiding and the planar wiggler. The electron trajectories and the gain are derived. The stability of the trajectories, the characteristics of the linear gain, and the normalized maximum gain are studied numerically. The numerical calculations show that there are eight group trajectories rather than the two groups reported in the absence of the self-fields. It is also shown that the normalized gain group seven (G7) decreases while the rest increases with the increase in normalized ion-channel frequency. The two-stream instability and the self-field lead to a decrease in the maximum gain, except for G7.  相似文献   

7.
用Nd∶YAG激光器产生的1.06μm、10ns的脉冲激光激发钛靶,用光学多通道分析仪(OMAII)测量了钛等离子体的时间分辨发射光谱,记录并分析了在40ns~200ns延迟范围内438~448nm波段的钛等离子光谱,用一组钛原子谱线的相对强度计算了不同延迟时间下等离子体电子温度。  相似文献   

8.
张世昌  王文耀 《光学学报》1993,13(8):56-758
本文对波荡器(Wiggler)入口区绝热压缩磁场分布对自由电子激光输出功率、增益、效率的影响,进行了非线性计算机模拟.结果表明:磁场幅值沿轴向接立方函数分布,比通常采用的正弦平方函数和平方函数这两种分布更好,更接近实验值.  相似文献   

9.
孟现柱 《中国光学》2020,(2):381-395
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。  相似文献   

10.
报道了在3TW飞秒激光器上完成的激光 等离子体相互作用过程中产生的超热电子的能谱测量结果。能谱测量显示:在较低的能段,超热电子能谱先是呈现一个局部的平台,然后迅速衰减,呈现非类麦克斯韦分布,这是由于几种加热机制共同作用,其中占主导地位的是反射激光对电子的加速;在较高的能段,超热电子能谱呈类麦克斯韦分布,拟合的温度远远高于已知的温度定标律给出的温度,其原因在于超热电子分布的高能尾部本身的抬高和激光的自聚焦及成道。  相似文献   

11.
The theory for a two-stream free electron laser (FEL) consisting of a relativistic electron beam transported along the axis of a planar wiggler in the presence of an axial guiding magnetic field is proposed and investigated. The electron trajectories and the small signal gain are derived. The characteristic of the linear gain and the normalized maximum gain are studied numerically. The result shows that the normalized maximum gain is considerably enhanced in comparison with that of the single stream. The effect of the difference between the energies of the two beams in this configuration of FEL is also considered, and we find that the gain is affected by the energy differences between groups 1 and 2.  相似文献   

12.
导引场下电磁泵浦自由电子激光的非线性理论   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文以Vlasov-Maxwell方程组为基础,用非线性动力学理论研究了存在导引场情况下电磁波泵浦的自由电子激光器的作用机制,导出了线性及非线性色散关系式,求出了非线性不稳定性增长率和自由电子激光的能量转换效率.结果表明,只要合理地选择参量条件,附加导引场可以大大提高自由电子激光的增长率和能量转换效率.  相似文献   

13.
利用激光标准干涉法诊断了准分子激光(XeCl,308 nm)在YBa_2Cu_3O_(7-σ)超导靶面激励等离子体的电子密度.结果表明在入射激光功率密度为3×10~8W/cm~2,本底真空度为1.33~13.3 Pa的条件下,等离子体电子密度为10~(16)~10~(17)/cm~3.  相似文献   

14.
Employing laser wigglers and accelerators provides the potential to dramatically cut the size and cost of X‐ray light sources. Owing to recent technological developments in the production of high‐brilliance electron beams and high‐power laser pulses, it is now conceivable to make steps toward the practical realisation of laser‐pumped X‐ray free‐electron lasers (FELs). In this regard, here the head‐on collision of a relativistic dense electron beam with a linearly polarized laser pulse as a wiggler is studied, in which the laser wiggler can be realised using a conventional quantum laser. In addition, an external guide magnetic field is employed to confine the electron beam against self‐fields, therefore improving the FEL operation. Conditions allowing such an operating regime are presented and its relevant validity checked using a set of general scaling formulae. Rigorous analytical solutions of the dynamic equations are provided. These solutions are verified by performing calculations using the derived solutions and well known Runge–Kutta procedure to simulate the electron trajectories. The effects of self‐fields on the FEL gain in this configuration are estimated. Numerical calculations indicate that in the presence of self‐fields the sensitivity of the gain increases in the vicinity of resonance regions. Besides, diamagnetic and paramagnetic effects of the wiggler‐induced self‐magnetic field cause gain decrement and enhancement for different electron orbits, while these diamagnetic and paramagnetic effects increase with increasing beam density. The results are compared with findings of planar magnetostatic wiggler FELs.  相似文献   

15.
用3.39μm和0.63μm同时振荡的双波长He-Ne激光器,首次测量了脉冲氦等离子体中电子密度(10~(14)~10~(15)cm~(-3)的时间和径向空间分布.  相似文献   

16.
在1~3 THz频段内设计了11个分点频率,对每一频率的对应的场强和电子束能量进行了选取和计算。模拟结果表明:采用目前参数基本能够达到设计要求;辐射频段在2.6 THz附近时装置输出功率和增益都比较高,可以先锁定这个频段附近进行实验的调试;在长波段即1 THz左右时,滑移效应显著,腔增益和输出功率较低,实验实现比较困难,因此在1 THz频段附近必须积极想办法来提高输出功率。  相似文献   

17.
张宏超  陆建  倪晓武 《物理学报》2009,58(6):4034-4040
通过改进的马赫-曾德尔干涉仪获得了高质量的Nd:YAG激光诱导大气等离子体干涉条纹图.利用快速傅里叶变换(FFT)分析法恢复了干涉图波面,通过Abel逆变换进行密度反演,重建了不同时刻激光等离子体电子密度的三维分布,并得到了激光等离子体膨胀速度与延迟时间的关系.结果显示,纳秒激光诱导大气击穿形成的等离子体具有等离子体通道结构,等离子体膨胀速度的迅速衰减,对等离子体通道的塌陷起到了促进作用,等离子体形状的离心率在大约48 ns时达到最大值,然后开始向圆形演变. 关键词: 激光等离子体电子密度 干涉测量 Abel逆变换  相似文献   

18.
用2.5维粒子模拟程序模拟了超强激光与等离子体的相互作用过程,发现超强激光可以通过J×B加热机制加速电子并引起电荷分离,从而产生很强的静电场并形成电场势阱,电子在静电场势阱中振荡,被多次加速,使得高速电子被甩出势阱,进而增强电荷分离,然后静电场结构被破坏,静电势能传给电子。在此过程中,电子在此阱中作局域振荡,并且被J×B机制多次加速,激光的能量会有效地传给电子,使电子能量高达10MeV。这是一种新的电子加热机制,称之为局域振荡电子加热机制。  相似文献   

19.
何峰  余玮  陆培祥 《物理学报》2003,52(8):1965-1969
自洽求解了圆偏振的飞秒强激光作用下线性等离子体层中光场和电子密度的分布.研究发现在激光有质动力的作用下,电子密度分布严重偏离离子密度分布,甚至出现了一系列的“电子岛”和“电子空腔”.由于电荷分离,等离子体内形成了很强的静电场,一部分激光能量转化为等离子体内的静电能.线性等离子体层储存静电能的大小随着入射激光强度的增加而显著上升. 关键词: 飞秒激光 相对论等离子体 电子密度 有质动力  相似文献   

20.
A theory for the two-stream free-electron laser with an electromagnetic wiggler (EMW) and an ion channel guiding is developed.In the analysis,the effects of self-fields have been taken into account.The electron trajectories and the small signal gain are derived.The stability of the trajectories,the characteristics of the linear gain and the normalized maximum gain are studied numerically.The dependence of the normalized frequency ω corresponding to the maximum gain on the ion-channel frequency is presented.The results show that there are seven groups of orbits in the presence of the self-fields,which are similar to those reported in the absence of the self-fields.It is also shown that the normalized gains of 2 groups decrease while the rest increase with the increasing normalized ion-channel frequency.Furthermore,it is found that the two-stream instability and the self-field lead to a decrease in the maximum gain except for group 4.  相似文献   

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