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。     

Super-Reltron的微波产生机理

对Super-Reltron的微波产生机理给出了物理解释，并且对电子束在调制腔中的群聚和在辐射腔中的辐射给出了公式化结果． 关键词：     

任意时间分布电子束同单间隙微波腔的非线性自洽过程

在高功率微波（HPM）的研究中，电子束同微波腔中微波场相互作用是大家所关心的问题，微波腔中电子束与微波场的相互作用，是一个闭环过程，微波场影响电子的运动，同时电子束作为电流源也产生辐射，影响微波场。不同微波腔的微波场不同，电子束同微波场的相互作用形式也不相同，但是在微波场作用下电子束群聚，群聚的电子束反过来影响微波场的自洽过程。     

通过锁相使一种过模复合器件运行频率稳定

 提出了一种过模复合器件。自洽地导出了由外电磁信号和预群聚电子束同时驱动的一种过模复合器件的辐射波相位锁定方程；讨论了到达锁相运行的时间、频率移动和带宽。分析表明：当由预群聚电子束和外电磁信号同时锁相时，通过调节参数，可以缩短到达锁相运行的时间，减小运行频率对要锁定的频率（外电磁信号频率）的移动和增大锁相运行的带宽。     

预群聚电子束发出的超辐射脉冲的推迟效应、寿命和相干条件

讨论了在Super-Reltron中预群聚电子束发出的超辐射脉冲的推迟效应、寿命和相干条件. 关键词：     

轴向加速管—一种新的高功率微波源

 提出一种新的高功率微波源器件——轴向加速管,与径向加速管比较,有两点不同：在二极管/共振腔后加了一个加速区及将径向加速改为轴向加速。研究了这种器件中电子束的群聚和辐射。发现在二极管与共振腔结合的系统里,电子束可实现理想群聚,各次谐波电流在非相对论条件下可达到初始电流的5.6倍。通过电子束再加速和仔细设计提取腔,可望得到可调频率和高功率的微波脉冲。     

Ku波段径向线相对论速调管放大器的仿真与设计

高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一,其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA,主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数,说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM01-π模式,Q值较大,有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式,在注入功率仅10 kW情况下,实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明,该器件具有效率高的优点,在电子束电压400 kV,电流5 kA,磁场强度0.4 T条件下,得到功率825 MW,频率14.25 GHz,效率41%的微波输出。     

由基模群聚产生的相干谐波的功率减少和电子束质量

解析地研究了电子束的热效应对由基模群聚电子束产生的相干谐波功率的影响,并与外源预群聚电子束产生相干谐波的机制进行了比较. 关键词：     

X波段准周期加载微波腔研究

 准周期加载微波腔的基本结构是周期结构，在强引导磁场作用下，强流电子束同微波强作用产生高功率微波；作用过程分为三个阶段：电子俘获、群聚和换能；而周期结构的作用主要在于电子俘获。适当设计的结构，不仅束波转换效率高，而且对电子束质量（如能散）的要求也不高。从微波场对电子运动的影响，研究了电子束在微波腔中的俘获、群聚和换能的束波互作用过程。基于760kV，7kA的环形电子束，采用准周期加载微波腔结构，在模拟上获得了X波段（9.3GHz）峰值功率为1.3GW的微波输出，效率接近24%。     

强流电子束阻抗对相对论速调管放大器注入及群聚特性的影响分析

通过数值计算及粒子模拟程序, 分析了强流电子束阻抗、电压及电流特性对相对论速调管放大器(relativistic klystron amplifier, RKA)中束流调制、群聚特性的影响, 其中粒子模拟程序中采用 束发射方式以精确控制电子束的阻抗.结果表明, 低阻抗电子束有利于减小群聚距离, 缩短RKA器件的整体长度, 不利于注入微波对电子束的调制, 而高阻抗电子束情况正好相反.在电子束阻抗不变时, 增加电子束加速电压类似于增大电子束阻抗的情况.另外, 用粒子模拟方法确定了不同阻抗电子束对特定输入腔的电子负载电导, 从而可以得到不同阻抗的强流电子束对种子源 功率水平的需求以及对输入腔外观品质因数的要求. 关键词： 相对论速调管放大器 电子束阻抗 群聚距离 输入调制     

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。     

自由电子激光器谐振腔内电子束和激光脉冲的时间同步

研究自由电子激光器谐振腔内电子束和辐射的时间同步问题.这是激光器谐振腔设计中的一个重要问题.本文讨论了腔内布儒斯特窗片对光路的影响.研制出由微机控制谐振腔的精密微调装置,扫描范围为±3cm,微调精度达1μm.     

微波谐振腔中电子与微波作用的非稳态过程研究

 在微波腔中微波场影响电子的运动，同时电子束作为电流源也产生辐射，影响微波场，这种相互作用包含线性和非线性过程。根据Maxwell理论，微波腔中的实际微波场可以按微波腔的模式展开，而且不同模式与电子束之间的相互作用不同。将电子束作为激励源，根据Maxwell方程和电子受到的洛伦兹力，建立不同模式在电子束作用下的激励方程和电子束电子在不同模式作用下的运动方程（即微波谐振腔中电子束与微波场相互作用的自洽方程组），并由此进一步分析一维情况下单间隙微波腔中微波建场、辐射场呈指数增长和饱和等非稳态作用过程，该过程涉及到电子束与微波作用的线性和非线性过程。     

W波段三次谐波回旋管腔体设计

采用冷腔分析研究了带有光阑结构的开放式谐振腔中的模式竞争,设计了采用TE61模式工作的W波段三次谐波回旋管谐振腔。PIC粒子模拟结果表明:在不考虑腔壁损耗及电子注能散的情况下,采用注电压45 kV、电流3 A的电子注,可以实现三次谐波单模稳定工作,并获得约20 kW的输出功率,对应工作效率14.8%。     

Storage ring free electron laser dynamics in presence of an auxiliary harmonic radio frequency cavity

In a Storage Ring Free Electron Laser (SRFEL) there is a strong interdependence between the laser beam and the electron beam from which the laser is generated. The Super ACO storage ring has a second Radio Frequency (RF) cavity at the 5th harmonic of the main RF cavity. It is used to shorten the bunch length, thereby enhancing the laser gain. Employing this RF harmonic cavity instabilities are observed with a strong effect on both the laser radiation properties and the electron beam behaviour. In this paper, we first present beam characteristics of Super-ACO as influenced by the harmonic cavity, and the instabilities of the beam due to this RF cavity. Then we discuss the FEL properties in presence of the harmonic RF cavity. In general the harmonic cavity functions as intended, and it is observed that the laser suppresses the instabilities caused by the harmonic cavity in the absence of the FEL.     

利用康普顿后向散射产生X光源的研究

 利用高能电子对电磁波的康普顿后向散射可以获得波长短、方向性好的X光辐射,这种具有亮度高、发散角小、光子能量可调等特点的辐射,有很好的应用前景。由于电子对电磁场的散射截面很小,要获得较高强度的辐射,不仅要求很强的电磁场作为散射场,而且要求电子束的亮度高;利用光阴极RF腔注入器及30MeV射频加速器产生的30MeV电子束同Nd:YAG激光光腔中的强光场作用,可以获得较高强度的康普顿后向散射,其波长为0.07~0.14nm,发光本领可以达到2.5×10¹¹光子/s。     

Free electron laser based on the Smith–Purcell radiation

A Smith–Purcell (S–P) free electron laser (FEL) composed of a metallic diffraction flat grating, an open cylindrical mirror cavity and a relativistic sheet electron beam with moderate energy, is presented. The characteristics of this device are studied by theoretical analysis, experimental measurements and particle-in-cell (PIC) simulation method. Results indicate that coherent radiation with output peak power up to 50 MW at millimeter wavelengths can be generated by using relativistic electron beam of moderate energy.     

Proposal for an x-ray free electron laser oscillator with intermediate energy electron beam

Harmonic lasing of low-gain free electron laser oscillators has been experimentally demonstrated in the terahertz and infrared regions. Recently, the low-gain oscillator has been reconsidered as a promising candidate for hard x-ray free electron lasers, through the use of high reflectivity, high-resolution x-ray crystals. In this Letter, it is proposed to utilize a crystal-based cavity resonant at a higher harmonic of the undulator radiation, together with phase shifting, to enable harmonic lasing of the x-ray free electron laser oscillator, and hence allow the generation of hard x-ray radiation at a reduced electron beam energy. Results show that fully coherent free electron laser radiation with megawatt peak power, in the spectral region of 10-25 keV, can be generated with a 3.5 GeV electron beam.