BFEL激光能量的计算

 为进一步提高BFEL的小信号增益和确定激光能量等性能参数，用定态和非定态程序对BFEL激光的能量进行了计算和分析。计算结果表明:采取适当措施，将电子束的发射度由50 pmm·mrad降低到30 pmm·mrad，电子束宏脉冲宽度由5.0 ms增加到6.5 ms，激光传输效率由40%增加到80%，BFEL的小信号增益将由16%增大到28%，输出激光的能量也将提高近一个量级。     

非定态FEL在线性区性态的数值模拟

利用于敏教授建立的一堆非定态ＦＥＬ方程进行数值模拟，研究了ＦＥＬ在线性区的脉冲传播、增益发展和滑移区超辐射等性态。数值结果表明，滑移对增益的影响跟电子束纵向分布和滑移长度与脉冲长度之比有关；对同样的滑移参数，滑移对增益相对于定态区增益的强弱由束电流决定。     

能量啁啾电子束自由电子激光放大啁啾脉冲

 提出采用具有能量啁啾电子束的自由电子激光放大器放大啁啾脉冲,分析说明了它的工作机理和滑移现象对其的影响。采用研制的1维非定态程序GOFEL-P,对能量啁啾自由电子激光放大器放大啁啾脉冲的过程进行了数值模拟和分析,计算了不同啁啾参数的脉冲被放大后的腔外压缩情况。结果表明：与单能电子束时相比,能量啁啾自由电子激光可以放大具有更大啁啾参数的啁啾脉冲,使压缩后的脉冲峰值功率增大至568 GW,脉冲宽度缩短至2.29 fs,大幅增强自由电子激光放大啁啾脉冲以及腔外压缩脉冲的效果。     

双介质片平面波导契伦科夫自由电子激光

给出双介质片平面波导契伦科夫自由电子激光波导模式的色散关系,求出器件的单程增益并证明存在一组新的波导模式__奇模。讨论了器件的工作频率和单程增益随介质片厚度、电子束能量和电子束通道宽度的变化关系。还研究了这组奇模对器件的影响。     

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。     

稳定波长反馈引起的失谐对自由电子激光的影响

 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。     

高斯光束自由电子激光小信号增益分析

由增益的三维公式出发,对高斯光束时的小信号增益进行了分析。对电子束截面远大于光束截面情况给出了解析的增益渐近公式;对电子束截面远小于光束截面的情况。给出了解析的增益近似公式,结果与用计算机模拟所得相符。     

矩形均匀电子束在激光介质中的能量沉积的模拟计算

本文主要论述了0.5MeV,单能垂直入射的电子束在三种不同密度的氟化氪准分子激光介质中的能量沉积。计算是采用Monte Carlo方法的MCSED程序,光轴方向采用周期性边界条件,因此能够给出平行于和垂直于电子束入射方向的沉积能量的空间分布。本文给出了在三种不同密度下的出射电子的角分布。用该程序对垂直入射的,初始能量为1MeV的电子在半无限大Al靶中的沉积能量的计算结果与ONETRAN程序的结果及实验结果的比较表明MCSED程序的计算结果是可靠的。     

自由电子激光的预群聚

研究了自由电子激光预群聚产生的辐射,表明预群聚不仅可以提高效率而且使低增益得到增强,从而在理论上解释了由射频直线加速器驱动的自由电子激光预群聚器(prebuncher)的作用。同时还指出,预群聚有在不增加电子束能量情况下缩短激光波长和降低对电子束质量要求等作用。     

SASE自由电子激光起振问题及统计特性的数值模拟

 介绍一种自放大自发辐射自由电子激光（SASE FEL）的自发辐射和电子束噪声的数学描述，运用修正的一维非定态程序，对SASE FEL 起振问题及光场统计特性进行了数值模拟，分析了自发辐射谱的发展过程及一定频带宽度内光场随机特性的统计规律，数值模拟结果与理论结果符合较好。     

波导自由电子激光振荡器的三维数值模拟

 建立了带波导的自由电子激光振荡器方程组，能够描述光场衍射、孔耦合输出以及电子运动、腔镜倾斜等三维问题。采用整体数值（INEX）模拟方法，研究了中国工程物理研究院（CAEP）远红外自由电子激光装置的三维问题与横模结构。结果表明：激光器的横模品质好，孔耦合输出方式下仍然是基模为主，在腔功率中所占份额约87%。研究了电子束偏入射、斜入射、腔镜倾斜等不同轴（misalignment）因素对激光器的增益、功率、输出、横模结构等的影响，并给出了最大允许值。     

边耦合光腔用于远红外FEL的分析

 模拟了边耦合输出用于FIR FEL 的可实用性，证明这种输出方式适合于远红外FEL。分析且模拟了光腔各种输出参数（如输出功率、腔增益、耦合效率等）随输出镜尺寸及位置的变化规律，找出了最佳的输出镜尺寸及位置。并对谐振腔有漂移管和无漂移管两种情况进行了比较。通过移动或者更换输出镜（输出反射镜），改变输出镜尺寸和位置，可以灵活地选择和调节光腔的Q值。能适应实验不同阶段的需要：例如在实验初期可以提高Q值，增大净增益；而在做饱和实验时可以增大输出，使输出功率最大。     

远红外自由电子激光器的整体数值模拟

 基于中物院远红外自由电子激光装置，采用一种注重横向问题的整体数值模拟方法进行了计算。并将结果与随机抽样的计算结果作了比较，发现两者差异较大，自由电子激光的性能强烈地依赖于电子束性质。采用这种整体数值模拟方法对于较准确地计算和预计自由电子激光器诸光学参量是必要的。     

远红外自由电子激光光腔改进的模拟分析

 提出在中物院远红外自由电子激光光腔中全程采用波导对光场进行约束，利用计算光束与电子束横向叠合因子分析了光腔中是否加入波导管对腔内净增益的影响。模拟了减小波导管间隙和提高扭摆器峰值磁场场强对腔内增益的影响。3维数值模拟计算表明在光腔中加入波导使扭摆器净增益由-6%提高到约25%；波导管的间隙每缩小2 mm，腔内净增益提高7％~15％；场强每提高0.02 T，腔内净增益可增加5%~10%。     

远红外自由电子激光器的性能和可能的应用(英文)

本文提出了远红外自由电子激光器(FIRFEL)的现实优点:对电子束质量要求不太苛刻;比较经济;对远红外区的非线性和相干性研究是唯一的合适的光源。分析了自由电子激光器增益与电子束和摆动器参量的关系,指出对给定的发射度存在一特定的波长,当波长比特定波长短时,增益将急骤下降。概述了远红外区的重要物理现象以及远红外自由电子激光器的可能的应用,预期这些研究对THz电子学发展是很重要的。     

中物院高功率THz FEL装置的理论分析和优化设计

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。     

自由电子激光对微波源稳定性的要求

 由自由电子激光物理出发，讨论自由电子激光对射频直线加速器微波功率源稳定性的要求，并据此得出国内目前已在运行的两台自由电子激光装置实现稳定运行微波功率源稳定性需达到的指标。     

太赫兹自由电子激光的受激饱和实验

中国工程物理研究院基于半导体光阴极高压直流电子枪和超导直线加速器的高平均功率太赫兹自由电子激光达到了受激饱和,并实现了太赫兹光输出频率可调.在1.99,2.41和2.92 THz三个频率点上进行测试,测得太赫兹宏脉冲内平均功率大于10 W,最高达17.9 W.本文介绍了太赫兹自由电子激光装置的主要组成部分及受激饱和实验的结果.     

远红外自由电子激光器脉冲结构

 采用整体数值模拟方法，研究了中物院远红外自由电子激光装置的起振和脉冲结构。给出了为克服激光呆滞效应起振所需的腔长失谐值，腔长调节精度和调节范围。预计了装置的增益、功率、脉冲宽度和谱线宽度等重要参量。研究了不同腔长失谐值下光脉冲结构的变化。     

Gain enhancement in two-stream free electron laser with a planar wiggler and an axial guide magnetic field

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.