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.     

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     

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.     

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。     

小周期波荡器自由电子激光器：数值模拟与实用化设计

采用三维自洽非线性理论计算方法,针对小周期波荡器自由电子激光器进行了数值模拟计算研究.结果表明,在我所现有脉冲线加速器基础上,采用周期为10mm的波荡器,可获得输出功率为20MW,波长为1.7mm的自由电子激光.最后给出实用化总体实验设计方案.     

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。     

交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制的影响因素

 交叉型波荡器是一种实现软X射线自由电子激光极化控制的有效方式。以自放大自发辐射自由光电子激光为例,采用统计的方法系统地分析了交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制的影响因素。通过对光场相干长度、光脉冲两分量之间相对滑移长度和光场分量平均功率差异等的分析,给出了优化交叉型波荡器极化控制方案遵循的原则,即：辐射场相干时间尽可能长,光场分量相对滑移长度尽可能短,辐射场分量功率差异尽可能小等。该原则为交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制方案的优化提供了依据。     

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。     

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0PERA3/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0.0lGs.m,电子轨迹偏移小于0.02mm.     

拉曼自由电子激光器

文章介绍了拉曼自由电子激光器的应用，概述了我们在拉曼自由电子激光器调谐、新型小周期波荡器、具有分布反馈谐振腔的拉曼自由电子激光振荡器和虚火花放电等方面的研究进展。     

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.     

波荡器位相误差对自由电子激光

对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明:与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

波荡器位相误差对自由电子激光

 对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明：与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

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。     

一种用于波荡器磁中心高精度标定的磁靶标

波荡器磁中心轴的标定是保证自由电子激光装置波荡器安装准直精度的重要前提。介绍了一种利用磁靶标实现波荡器磁中心高精度标定的方法。设计制造了由若干块永磁块组合构成的磁靶标,其能产生一正一斜两个高梯度四极场。测出了两四极场垂直分量的零点位置分布并依此给出了磁靶标的具体使用方法。结果表明:标定后的波荡器磁中心在磁靶标坐标系中水平方向测量精度好于±20 μm,垂直方向测量精度好于±2 μm。     

混合型波荡器的3维优化

 以波荡器辐射波和共振电子能及混合型波荡器的解析计算为基础，通过3维磁场的有限元计算，在欧洲光源横向优化基础上，给出了同步辐射和自由电子激光用混合型波荡器纵向优化参数，进而给出了用于DUV FEL混合型波荡器的设计计算参数。加侧位和顶部永磁块后，峰值磁场分别提高到0.722T和0.773T，辅助以1μm量级分辨率的磁间隙调节机械系统，磁场分辨率好于10^-4T量级。     

CFEL混合型波荡器的研制

波荡器是相对论性电子束与光场换能的区域，在自由电子激光（FEL）研究中起着至关重要的作用。当电子束品质（能散、发射度、流强等）一定的情况下，波荡器的性能参数，如峰值场强、好场区大小等将直接决定FEL增益。     

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%。     

1.19米相互作用长度的喇曼自由电子激光器实验

利用新研制的1.3米双螺线波荡器以及与此相配合的引导场磁体,使自由电子激光相互作用长度从308mm可以最大增加到1190mm.总体实验证明,最大的激光辐射峰值功率达12MW电子转换效率是3.7%.     

波荡器入口区绝热压缩磁场分布对自由电子激光输出功率和效率的影响

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.