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.     

带轴向引导磁场自由电子激光器中的电子轨迹与稳定性

在对中国工程物理研究院电子学研究所和中国科学院上海光学精密机械研究所所做带引导磁场喇曼型自由电子激光实验进行数值模拟的基础上,本文研究了轴向引导磁场和摇摆磁场联合作用的单电子轨迹,对电子的平衡轨道和一阶微扰轨道进行了仔细分析,揭示了在引导磁场存在的情况下,摇摆磁场横向变化引起的电子感应回旋运动的重要性,推导了带引导磁场情况下的电子感应回旋运动方程,给出了电子感应回旋运动的周期,X方向、Y方向之间的关系。同时,用数值模拟方法研究了电子的运动,两者结果符合很好。 关键词：     

带轴向引导磁场自由电子激光的控制参数

给出了带轴向引导磁场且由螺旋周期磁场抽运之自由电子激光的进化方程。发现系统的运动行为决定于某控制参数，该参数包括了束流强度、泵浦场强度、轴向场强及初始状态的综合效应。讨论了系统的集体不稳定性。给出了临界值W_T=2 2^1/2(对N≥3)，以及W＞＜W_T时的辐射场表达式。 关键词：     

无引导磁场Raman自由电子激光实验的理论分析

本文分析Raman自由电子激光中常用的双绕螺旋线摇摆器的自聚焦过程和自聚焦能力,得出束流稳定传输的条件,并与无引导磁场Raman自由电子激光实验中测得的传输束流进行分析比较。文中还对在电子脉冲线加速器EPA-74上完成的无引导磁场自由电子激光实验的辐射输出进行分析。理论分析与实验结果相符合。 关键词：     

自由电子激光放大器的理论分析

本文从单粒子模型出发,对自由电子激光放大器在小信号情形下的工作机理与参量特性进行了比较详细的分析与讨论,结果表明自由电子激光放大器实质上是电子束与快迴旋波的相互作用,而电子在轴向均匀静磁场及横向周期静磁场中运动的迴旋谐振条件对这种相互作用有重大的影响,本文对放大器的参量(如电子束的电压和电流密度、轴向及横向静磁场强度、横向静磁场波长等)与放大器的中心工作频率、放大带宽、小信号增益和放大电磁波的波数的关系进行了数值计算,并指出了最佳设计的途径,经过适当设计,自由电子激光放大器的小信号增益达到10^-2厘米^-1或1米的e倍距离并有足够的带宽是不难的。 关键词：     

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。     

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。     

用于自由电子激光器的铁环波荡器

对用于喇曼自由电子激光器的铁环波荡器进行了数值计算,其结果与实验测试获得的数据完全符合.用这只波荡器作泵浦源,在轴向引导磁场的配合下,获得了自由电子激光辐射.     

相对论性电子在行波磁场中的自发辐射

相对论性电子在周期性磁场中的运动将产生自发辐射,这是产生自由电子激光的基础。本采用行波磁场作为周期性磁场,通过讨论可以看出,当电子通过这种磁场时将产生自发辐射,说明该磁场能作为自由电子激光器的摆动器。     

磁场随机误差对自由电子激光增益和输出的影响

根据于敏教授的自由电子激光纵模统一理论,推导了磁场含有随机误差影响时光场的小信号增益和指数增益。并且结合曙光一号FEL装置,给出了指数增益区磁场随机误差σ与增益参数g_0的定标关系。同时利用三维WAGFEL程序详细地模拟计算了磁场随机误差对自由电子激光增益和饱和增益的影响。线性理论的结果得到了模拟计算的证实。     

孔耦合自由电子激光振荡器光场横向结构特性

 孔耦合输出对自由电子激光(FEL)振荡器腔内光场的横向结构有很大的影响, 在输出镜上横模之间发生很复杂的耦合转换。基于中物院远红外自由电子激光振荡器, 研究了 孔输出波导 FEL的数值模拟, 对孔耦合及其引起的腔内光场的变化给以特别的注意, 依据数 值结果, 分析了孔耦合FEL光场横向结构的特性。     

短波自由电子激光放大器数值模拟

介绍在理论上研究自由电子激光(FEL)的MICFEL程序。MICEFL是以单粒子理论为基础的二维放大器程序。利用MICFEL计算的Paladin实验结果与FRED程序计算结果以及25米Paladin实验结果相比均基本符合。理论计算的结果显示了FEL增益光导的特性。     

Echo-enabled谐波放大自由电子激光参数

通过数值模拟,结合解析计算分析,研究了Echo-enabled谐波放大自由电子激光对装置参数和主要束流参数变化的独立敏感性,给出了谐波聚束因子和饱和功率随参数变化的数值模拟结果;对色散段由相干同步辐射效应引起的能散和发射度增长进行了估算和数值模拟。结果表明:相干同步辐射效应引起的切片能散和切片发射度增长在5%以内,对最后辐射影响不大。     

球面腔镜对孔耦合波导自由电子激光振荡器的影响

平面波导约束的自由电子激光振荡器两端的腔镜由柱面镜改换为球面镜.利用分析估计和数值模拟方法说明对所考虑的模型问题,这一腔镜改变所带来的影响甚小.     

自由电子激光振荡器的二维数值模拟

在柱二维坐标系中,用数值计算方法求解了摇摆器内电子模拟方程组、光场方程组和无源区(不含摇摆器区)经非自适应方法变换后的无源旁轴波动方程并设计了相应的程序R_2D。用该程序计算的数值结果表明,在有源条件下二维数值模拟结果与高斯光束近似下的数值模拟结果符合较好;取完全相同的计算条件R-2D程序与洛斯阿拉莫斯实验室(LANL)的FELEX程序的计算结果符合较好;初步认为LANL实验数据的物理图象合理,数值结果基本可信;最后给出北京自由电子激光器(BFEL)的一些物理数据。     

毫米波自由电子激光的空间电荷效应

本文编制了三维数值模拟程序,考虑了电子在摇摆器(Wiggler)内纵向速度β^z=υ^z/c<1的影响,考虑了电子在有质动力势阱中因"群聚"而引起的纵向空间电荷力的影响,考虑了电子束内静电波和激光场、Wiggler静磁波的三波相互作用对电子位相的影响等。对因"群聚"而引起的纵向电场满足的方程求出了近似的二维解析解,用4096个电子模拟求解了电子运动方程和光场方程。数值模拟的结果和Livermore实验室的实验结果进行了比较。结果表明,由于上述几项因素的考虑,我们的数值模拟结果和实验位基本一致,消除了文献[1,2,3]中出现的失谐曲线(detuning curve)峰值磁场漂移300-500高斯的差距。     

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。     

北京大学SASE FEL的参数优化研究

SASEFEL是获得短波长X射线激光的最佳途径,SASEFEL的理论和实验研究是当前FEL研究的热点.本文利用北京大学超导加速器装置提供的电子束,通过解析理论和3D模型的数值模拟方法得到了实现SASEFEL的扭摆器的优化参数,并讨论了电子束的束流品质参数对SASEFEL的饱和长度和功率的影响,对加速器的设计和调试有重要的参考意义.     

Experimental characterization of superradiance in a single-pass high-gain laser-seeded free-electron laser amplifier

In this Letter we report the first experimental characterization of superradiance in a single-pass high-gain free-electron laser (FEL) seeded by a 150 femtosecond (FWHM) Ti:sapphire laser. The nonlinear energy gain after an exponential gain regime was observed. We also measured the evolution of the longitudinal phase space in both the exponential and superradiant regimes. The output FEL pulse duration was measured to be as short as 81 fs, a roughly 50% reduction compared to the input seed laser. The temporal distribution of the FEL radiation as predicted by a numerical simulation was experimentally verified for the first time.     

Studies of classical radiation emission from plasma wave undulators

The authors examine the characteristics of the classical radiation emitted by a relativistic electron beam that propagates perpendicularly through a large amplitude relativistic plasma wave. Such a study is useful for evaluating the feasibility of using relativistic plasma waves as extremely short wavelength undulators for generating short wavelength radiation. The electron trajectories in a plasma wave undulator are obtained using perturbation techniques and are then compared to numerical simulation results. The frequency spectrum and angular distribution of the spontaneous radiation emitted by a single electron and the stimulated radiation gain are obtained analytically, and are then compared to 3-D numerical simulations. The characteristics of the plasma wave undulator are compared to the AC free-electron laser (FEL) undulator and the conventional FEL