A proposed method to characterize high harmonic microbunching in EEHG operation of SDUV-FEL

The echo-enabled harmonic generation(EEHG)scheme offers remarkable efficiency for generatinghigh harmonic microbunching with a relatively small energy modulation.A proof of principle experiment of the EEHG scheme has been proposed at the Shanghai deep ultraviolet(SDUV)free electron laser(FEL)facility,where the 4th harmonic of the seed laser is amplified in the 9 m long radiator.To explore the advantages of the EEHG scheme,in this paper,a method of measuring the coherent high harmonic radiation of the radiator is proposed to investigate the electron beam microbunching corresponding to the 10th-20th harmonics of the seed laser.The principle of the proposed method,comparisons with existing methods and the simulation results are presented and discussed.     

超强脉冲激光辐照固体靶背表面的渡越辐射

 在超强脉冲激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪,分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了渡越辐射（TR）积分成像图案和光谱。测量结果显示：TR空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角和光强分布;TR光谱在800 nm附近出现尖峰,是激光的基频波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射;如果考虑超热电子的产生和加热机制,共振吸收和真空加热对超热电子都有贡献,其中占主导地位的加热机制则是共振吸收对电子的加热。     

储存环自由电子激光相干谐波实验的同步系统

为了获得短波长自由电子激光(FEL),可以使储存环中的相对论性电子与外加强激光脉冲在光学速调管中充分耦合,从而产生高次谐波的相干辐射。为使耦合充分,必须使电子束团与激光脉冲在时间和空间上完全同步。其中空间上的同步可通过调节外激光的光路来实现,给出了实现时间上同步的一种方案。     

储存环自由电子激光相干谐波实验的同步系统

 为了获得短波长自由电子激光(FEL),可以使储存环中的相对论性电子与外加强激光脉冲在光学速调管中充分耦合,从而产生高次谐波的相干辐射。为使耦合充分,必须使电子束团与激光脉冲在时间和空间上完全同步。其中空间上的同步可通过调节外激光的光路来实现,给出了实现时间上同步的一种方案。     

提高相干谐波输出的一种新方法

本文利用自由电子激光(FEL)纵模统一理论讨论了光学速调管自由电子激光相干谐波的输出情况。从物理上分析了非对称光学速调管的设计,得出了采用非对称的光学速调管可使FEL的相干谐波输出提高近30％。     

超强脉冲激光辐照固体靶背表面的渡越辐射

在超强脉冲激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪,分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了渡越辐射（TR）积分成像图案和光谱。测量结果显示：TR空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角和光强分布;TR光谱在800 nm附近出现尖峰,是激光的基频波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射;如果考虑超热电子的产生和加热机制,共振吸收和真空加热对超热电子都有贡献,其中占主导地位的加热机制则是共振吸收对电子的加热。     

相干谐波储存环自由电子激光

相干谐波自由电子激光不用光学谐振腔及反射镜,可望工作在紫外和真空紫外光波段,是第四代同步辐射光源的可能途径之一。由于对束流品质要求很高,相干谐波自由电子激光首先是以储存环作为驱动器而发展起来的。由于光阴极微波电子枪的发展和直线加速器技术的进步,目前,已开始有直线加速器驱动的高增益相干谐波自由电子激光的建议。文章介绍了相干谐波储存环自由电子激光的原理、现状及展望。     

飞秒超强激光驱动太赫兹辐射特性的实验研究

强太赫兹源是太赫兹科学技术发展的关键,其中大能量强场太赫兹脉冲源在超快物态调控、新型电子加速器等领域具有重要的应用前景.超快超强激光与等离子体相互作用是近年来发展起来的一种新型的强场太赫兹辐射产生途径.本文报道了利用超强飞秒激光脉冲与金属薄膜靶作用产生太赫兹辐射的实验结果,研究了激光能量和离焦量对靶后太赫兹辐射能量的影响,并通过监测激光背向散射光谱,定性揭示了其变化规律与不同光强下的电子加热机制的相关性.实验表征了太赫兹辐射的频谱、偏振及聚焦光斑情况.测量结果表明,实验产生了脉冲能量达458μJ、聚焦场强高达GV/m量级的超宽带太赫兹辐射,为开展极端太赫兹脉冲与物质相互作用研究提供了一种新的强场太赫兹光源.     

不同加热机制产生的超热电子的相干渡越辐射谐波研究

利用不同加热机制产生的超热电子所导致的相干渡越辐射(CTR)在谐波分量强度比上的不同,给出了区分飞秒激光等离子体相互作用产生超热电子过程中的主要与次要加热机制的一种可能方法.得到了加热周期不同的加热机制所产生超热电子的比例与CTR谐波分量的二倍频和一倍频的强度比之间的具体关系式.如果在实验上测到此谐波分量强度比,就可以推出不同加热机制在加热过程中所起作用的大致比例关系.另外,CTR谐波分量的强度比还与超热电子的温度、实验上所使用靶的厚度有一定依赖关系,对此作了较为详细的讨论.关键词：相干渡越辐射超热电子加热机制     

合肥储存环相干谐波自由电子激光研究方法的改进

根据简单的计算模型,导出辐射能量谱形状因子和相干谐波辐射表达式,用此表达式讨论了不对称光学速调管的相干谐波辐射;对于合肥储存环相干谐波自由电子激光,提出了一个不对称光学速调管相干谐波辐射的研究方案,并且作了详细的计算,结果表明在较高的电子束能量下,调整光学速调管和外激光参数,使辐射段波荡器的辐射基波与外激光的二次谐波共振,进行相干谐波产生实验,能获得109量级相干加强因子。     

合肥储存环相干谐波自由电子激光研究方法的改进

 根据简单的计算模型,导出辐射能量谱形状因子和相干谐波辐射表达式,用此表达式讨论了不对称光学速调管的相干谐波辐射;对于合肥储存环相干谐波自由电子激光,提出了一个不对称光学速调管相干谐波辐射的研究方案,并且作了详细的计算,结果表明在较高的电子束能量下,调整光学速调管和外激光参数,使辐射段波荡器的辐射基波与外激光的二次谐波共振,进行相干谐波产生实验,能获得10⁹量级相干加强因子。     

利用渡越辐射研究超热电子在固体靶中的输运过程

为了探索超热电子的输运过程,在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪,分别在靶背表面法线方向测量了光发射空间分布图案和光谱. 实验测量结果显示,光发射空间分布图案呈圆盘状,在圆盘中明亮而强的光信号呈局部化分布,该现象表明,超热电子在输运的过程中存在成丝效应,引起严重的不稳定性;光发射光谱在3倍频和3/2倍频附近出现尖峰,分别是3次谐波和3/2次谐波,这一现象归因于超热电子束在传输的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR);光发射光强随靶厚度的增加而减小. 关键词：超热电子相干渡越辐射输运不稳定性     

储存环相干谐波自由电子激光器新光学速调管工作状态分析

合肥国家同步辐射实验室（NSRL）正在开展储存环相干谐波自由电子激光研究,为了在较高电子束能量下进行实验、且具有较高的相干辐射强度,光学速调管从原来的对称结构改造为非对称结构。分析了相干谐波实验中各参数之间的关系,及对相干谐波辐射的影响,并给出了两种工作状态下的最佳工作参数。     

利用相干渡越辐射测量电子束团长度的分析与计算

利用相干渡越辐射(CTR)测量短和超短电子束团长度是国际上束测领域新发展的频域测量技术.文中理论分析和数值计算了北京自由电子激光装置的皮秒级的射频电子束团序列产生的CTR,当辐射波长在长于束长(4ps)时,渡越辐射发生相干增强效应;与非相干渡越辐射相比,当λ≥2πσz时,增强的倍数约等于束团中粒子的数目(10⁸);CTR从亚毫米波到毫米波段呈宽带连续谱特性;渡越辐射能量主要集中在轴线附近,宏脉冲辐射能量高达几毫焦.设计采用偏振型束团长度测量系统,利用CTR自相关技术,实验测量该束团序列的纵向长度,并藉助傅里叶变换光谱法,推求束团电子分布.     

BFEL束团长度测量系统的离线实验研究

短和超短束团长度测量技术是发展短波长FEL和高级加速器的关键技术之一. 为测试研制的短和超短束团长度测量系统雏形装置, 利用黑体辐射仪的连续远红外-毫米波辐射替代BFEL的4ps微束团产生的亚毫米波-毫米波CTR, 进行了离线模拟实验, 获得良好调制的干涉图. 实验表明, 该雏形装置软硬件系统的运行满足初期的设计构想; 干涉仪经细致的光学调节, 可获得较为调制充分的干涉图; LabVIEW编制的测控软件满足控制和采集的基本需要. 提出了进一步改善的措施.     

飞秒激光-固体靶相互作用中渡越辐射的测量

为了探索超热电子的加热机制,利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪,分别在靶背法线方向测量了光学渡越辐射（OTR）积分成像图案和光谱。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行,飞秒激光与铜膜靶作用后,靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD或OMA谱仪的狭缝上。测得的积分成像图案呈圆环状,光斑形成区域直径约为225 μm,在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号,该现象表明,超热电子在传输的过程中存在成丝效应,其分布也不均匀。光谱在300～500 nm之间出现一系列非周期锐利尖峰,在400 nm（2ω0）附近出现的尖峰应归因于v×B加热机制产生的超热电子引起的相干渡越辐射（CTR）。     

超短超强激光与固体靶相互作用中背表面光发射的实验研究

从金属箔背表面测量了超热电子穿越固体靶产生的光发射.光发射积分成像图案呈圆环状,在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号确定为光学渡越辐射;光发射光谱在300—500nm之间出现一系列非周期锐利尖峰,在400nm（2ω）附近的尖峰较明显,这个光发射取决于v×B加 热机制产生的超热电子束的微束团引起的相干渡越辐射,(v为电子电度,B为磁场强度),光 强随靶厚度的增加而减小.关键词：超热电子光发射光学渡越辐射v×B加热机制相干渡越辐射     

超热电子产生的靶后相干渡越辐射光谱实验研究

利用OMA光学多道分析仪测量了激光与薄膜靶相互作用中产生的辐射光谱,在靶后观察到红移的二次谐波发射. 这种二次谐波是v×B加热产生的、具有微脉冲结构的超热电子束在等离子体-真空边界产生的相干渡越辐射(CTR). 随着激光能量的增大,红移峰向长波方向移动,光谱同时发生展宽. 分析认为,等离子体临界面的迅速膨胀是导致二次谐波红移的主要原因. 随着预脉冲能量的增大,临界面膨胀速度增大,导致了发射峰更大的红移. 实验还测量了靶面法线方向的辐射光谱,观察到基频辐射的红移和展宽. CTR为诊断临界面的运动方向和速度提供了一种新的方法. 关键词：相干渡越辐射超热电子超短超强激光等离子体相互作用     

Characteristics of terahertz coherent transition radiation generated from picosecond ultrashort electron bunches

This paper presents a method of generating terahertz (THz) coherent transition radiation (CTR) from picosecond ultrashort electron bunches including single and train bunches, which are produced by a photocathode radio frequency gun. The radiation characteristics of THz CTR including formation factor and energy spectrum are analysed in detail. With the help of a 2-dimensional particle-in-cell simulation, the radiation characteristics including power, energy and magnetic field are analysed. The results show that the radiation frequency can be adjusted by tuning the repetition frequency of the train bunch and the energy can be enhanced with the train bunches.     

波荡器谐波场增强效应对电子自发辐射谱的影响

 有效利用电子束在波荡器中运动时产生的谐波辐射,是获得更短波长辐射最直接的方法之一。提高波荡器磁场的谐波分量可以提高电子束的谐波辐射光场强度。分析了一种改进Halbach型波荡器结构,计算了其磁场的构成,分析表明这种结构可以使磁场的三次谐波分量提高至基波分量的25%左右。以合肥光源的电子束参数为例,计算了波荡器磁场谐波分量增强后对电子束自发辐射谱的影响。计算结果表明,波荡器磁场谐波分量增强至25%时,可以使电子束自发辐射的三次谐波辐射增强至基波辐射光子通量的67%左右。