北京自由电子激光摇摆磁铁场分布测量装置

我们设计加工了一套测量摇摆磁铁整体场分布的测量装置，并对北京自由电子激光（ＢＦＥＬ）摇摆磁铁进行了实际测量，定态测量误差优于１×１０￣（－４），动态测量误差５×１０￣（－４）。     

THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹（THz）自由电子激光（FEL）装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。     

THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹（THz）自由电子激光（FEL）装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。     

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。     

太赫兹自由电子激光波荡器的设计、测量与优化

波荡器电子轨迹中心偏移和磁场误差对CTFEL装置性能影响很大,通过前期设计和后期测量与优化将其限制在指标要求范围内。在前期设计中尽量避免引入全局性的系统误差：磁结构具有平面反对称结构,保证电子轨迹中心和波荡器磁轴重合;磁结构端部的特殊设计减弱了间隙对出口磁场二次积分的影响;机械系统的大梁和立柱具有良好的刚性,闭环控制系统保证了高的波荡器间隙控制精度,这些措施降低了间隙不一致引入的磁场误差。在后期测量与优化中削弱了磁场的残存全局系统误差和局部随机误差：利用磁场点测台测量了波荡器磁场的纵向和横向分布,通过调节标准单元组件位置对磁场进行了垫补和优化,优化后电子轨迹中心偏移、峰峰值误差、相位误差、好场区及其误差均满足指标要求。     

基于自由电子激光的小型太赫兹源初步设计

介绍了基于自由电子激光的太赫兹源的研究情况, 提出了一种小型自由电子激光太赫兹源设计方案.     

自由电子激光相干强太赫兹源装置鬼脉冲初步研究

研究中国工程物理研究院自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)装置上鬼脉冲产生的原因及其对装置调试测量的影响,通过束流动力学模拟、热分析、蒙特卡罗模拟以及初步实验结果分析,证明了鬼脉冲将会明显破坏阻拦型测量,并会在束线管道上造成温度升高和辐射强度增大。研究表明:鬼脉冲成为限制FEL-THz装置正常工作的重要原因,为保证FEL-THz顺利出光,鬼脉冲必须予以消除,并简要讨论了鬼脉冲的消除方法。     

自由电子激光相干强太赫兹源装置鬼脉冲初步研究

研究中国工程物理研究院自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)装置上鬼脉冲产生的原因及其对装置调试测量的影响,通过束流动力学模拟、热分析、蒙特卡罗模拟以及初步实验结果分析,证明了鬼脉冲将会明显破坏阻拦型测量,并会在束线管道上造成温度升高和辐射强度增大。研究表明：鬼脉冲成为限制FEL-THz装置正常工作的重要原因,为保证FEL-THz顺利出光,鬼脉冲必须予以消除,并简要讨论了鬼脉冲的消除方法。     

冷却储存环主环注入线四极磁铁测量

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环工程主环注入线四极磁铁谐波测磁系统和谐波磁场测量结果。分析了磁铁误差产生的原因以及磁铁加工存在的问题和注意事项。     

Design of a new compact THz source based on Smith-Purcell radiation

In recent years, people are dedicated to the research work of finding compact THz sources with high emission power. Smith-Purcell radiation is qualified for the possibility of coherent enhancement due to the effect of FEL mechanism. The compact experiment device is expected to produce hundreds mW level THz ray. The electron beam with good quality is provided under the optimized design of the electron gun. Besides, the grating is designed as an oscillator without any external feedbacks. While the beam passes through the grating surface, the beam bunching will be strong and the second harmonics enhancement will be evident, as is seen from the simulation results.     

Design of a new compact THz source based on Smith-Purcell radiation

In recent years, people are dedicated to the research work of finding compact THz sources with high emission power. Smith-Purcell radiation is qualified for the possibility of coherent enhancement due to the effect of FEL mechanism. The compact experiment device is expected to produce hundreds mW level THz ray. The electron beam with good quality is provided under the optimized design of the electron gun. Besides, the grating is designed as an oscillator without any external feedbacks. While the beam passes through the grating surface, the beam bunching will be strong and the second harmonics enhancement will be evident, as is seen from the simulation results.     

1THz回旋管双阳极磁控注入电子枪的分析及设计

基于电子光学理论,通过编程进行大量的数值计算,设计了一支用于1THz回旋管的双阳极磁控注入式电子枪.对双阳极磁控注入电子枪的计算及设计进行了阐述,并对1 THz回旋管电子枪中高磁压缩比(f_m=125)可能导致电子反转的问题进行了详细的分析和模拟.通过对电子枪进行了仿真和优化,最后计算和设计了一支速度比适中(α=1.3),速度零散较小(Δβ<8%) 的电子枪.     

一种新型THz显微探测技术

由于太赫兹(THz)电磁辐射的波长较长，探测的空间分辨率受到衍射极限的限制.设计了一种 新型的THz显微探测技术，使探测晶体紧贴在薄产生晶体上，激发光采用紧聚焦的方式不但 把空间分辨率提高到光学量级，还克服了典型近场探测方法中存在的低通光量、高通滤波的 缺点.详细介绍了这一新型探测器件的基本结构和显著的探测特性. 关键词： THz 近场 聚焦     

啁啾脉冲互相关法探测THz辐射

通过理论分析指出啁啾脉冲光谱仪探测法探测THz辐射存在时间分辨率极限，实验也得到了与理论分析相一致的结果.提出使用啁啾脉冲互相关法探测THz辐射，给予了一定的理论分析，实验结果证明此方法探测THz辐射的时间分辨率与传统的时间扫描延迟方法的时间分辨率相当. 关键词： 啁啾脉冲 THz辐射 互相关     

中国散裂中子源旋转线圈测量系统研制

中国散裂中子源(CSNS)加速器主要由一台直线加速器、一台快循环加速器以及低能、高能输运线组成。针对CSNS加速器部分直流磁铁研制了一套旋转线圈测量系统。对系统的研制方案、功能、精度、完成的磁铁类型以及部分测量结果进行介绍。该系统解决了CSNS批量磁铁之间的不同中心高度、质量、有效长度、磁场强度的兼容性难题。经过测试运行,积分场测量重复性误差好于±0.02%,空间谐波重复性误差好于0.005%,磁中心测量重复性误差好于±0.03 mm,顺利完成了中国散裂中子源工程150台多种类型磁铁的检测任务。     

太赫兹电磁场照射下量子线中的纳米电子力

研究两端连接电子库的量子线在太赫兹(THz)电磁场横向辐射下的电子力学问题. 在自由电子近似下求得了弹道区二能级电子波函数解析表达式,发现电子概率在两个能态间随线轴坐标作Rabi振荡, 其幅度与外场强度和频率有关. 利用热力学统计算符方法并利用波函数计算出了传导电子对量子线中张力贡献的大小. 其计算结果可表示成与外场无关和与外场有关的两部分之和,前者与已有的实验观测和理论计算结果一致, 而与外场参量有关的部分可用量子相干理论解释. 关键词： 量子线 THz电磁场 纳米电子力     

THz自由电子激光波荡器工程设计

根据波荡器物理参数的要求,主要设计了磁块与磁极的尺寸公差、装配方式、永磁性能指标及永磁测量系统。束流方向上磁块与磁极尺寸公差分别为0.05 mm和0.02 mm,磁块与磁极独立装调,利用亥姆霍兹线圈和磁场积分法测量磁块性能。最后设计了机械与控制系统。其中,横梁与支架形变分别为1.5 m和7.5 m。间隙调节范围18~32 mm,调节精度和锥度分别为0.01 mm和0.015 mm。     

用于THz源的混合型波荡器数值模拟

波荡器是基于自由电子激光的小型THz源关键器件, 其可调节的周期性磁场结构与两端的光腔配合, 使得穿越的电子束产生带增益的相干辐射, 最终达到THz源所需要的功率. 同纯永磁结构相比, 混合型波荡器通过软铁材料调节由永磁块磁化方向性差异导致的磁场分布误差, 同时可提供更高的场强. 本文针对小型THz源需求, 对混合型波荡器进行了相关物理设计. 在解析方法分析的基础上, 采用OPERA3D/TOSCA有限元分析软件, 对波荡器进行了三维磁场数值模拟和积分场优化. 通过对波荡器端部结构的调整, 优化后模型的一次场积分(导向误差)小于0.01Gs﹒m, 电子轨迹偏移小于0.02mm.