CFEL光阴极注入器驱动激光器的实验

在高功率自由电子激光初级实验装置（CFEL）研究中，驱动激光直接照射光阴极而发射电子，其性能将在很大程度上决定注入器乃至整个自由电子激光实验系统的性能：如电子束微脉冲宽度、电子束微脉冲流强、电子束微脉冲峰值抖动等。文中针对CFEL初期研究目标（3～8μm）对光阴极注入器的要求，对光阴极RF腔注入器的驱动激光器进行了方案设计，提出了驱动激光器的参数要求。根据方案进行了工程实施，购置了锁模激光器和时间同步器，放大与倍频系统正在研制当中。     

光阴极注入器的驱动激光器

 光阴极注入器要求驱动激光器的激光时间抖动小、脉冲宽度窄、激光波长短和脉冲功率高。从原理和实验上介绍光阴极注入器的驱动激光器,包括连续波锁模振荡腔、时间同步,激光脉冲功率放大等;该激光器输出激光微脉冲宽度10ps,微脉冲时间抖动小于2ps,宏脉冲宽度2.5 μs, 峰值功率100kW, 已用于光阴极RF腔注入器实验,并获得了很好的结果。     

光阴极注入器的驱动激光器

光阴极注入器要求驱动激光器的激光时间抖动小、脉冲宽度窄、激光波长短和脉冲功率高。从原理和实验上介绍光阴极注入器的驱动激光器,包括连续波锁模振荡腔、时间同步,激光脉冲功率放大等;该激光器输出激光微脉冲宽度10ps,微脉冲时间抖动小于2ps,宏脉冲宽度2.5 μs, 峰值功率100kW, 已用于光阴极RF腔注入器实验,并获得了很好的结果。     

连续波光阴极注入器的驱动激光器研究

在连续波光阴极注入器的研究中,驱动激光器是一个关键技术,采用连续锁模振荡器的锁模输出作为种子源,用二极管连续泵浦放大,再连续倍频,可以产生符合注入器要求的激光脉冲列作为驱动激光。     

连续波光阴极注入器的驱动激光器研究

 在连续波光阴极注入器的研究中,驱动激光器是一个关键技术,采用连续锁模振荡器的锁模输出作为种子源,用二极管连续泵浦放大,再连续倍频,可以产生符合注入器要求的激光脉冲列作为驱动激光。     

RF腔光阴极注入器中热发射度的测量研究

论文介绍RF腔光阴极注入器中热发射度的测量方法，在注入器中有三个因素影响热发射度的测量，它们是：射频场效应、空间电荷效应和发射度测量误差. 在注入器出口处，电子束发射度由：热发射度、射频场效应引起的发射度增长和空间电荷效应的发射度增长三部分组成. 论文从注入器中发射度增长理论和模拟出发，给出了一个能够消除射频场效应和空间电荷效应的热发射度测量方法.     

光阴极RF腔注入器

 光阴极RF腔注入器是一种强流、窄脉冲(ps量级)、低发射度的电子束源。文章给出了CAEP光阴极RF腔注入器的结构和实验结果,结构主要包括驱动激光器、Cs₂Te阴极制备室、2.5个RF腔、高功率微波源和测量仪器等,其中驱动激光器的参数是影响注入器电子束质量的重要因素;实验上,该光阴极RF腔注入器可稳定输出能量2MeV、流强70A、发射度～4mm.mrad的高亮度电子束流。     

北京大学DC-SRF-II注入器光阴极驱动激光系统

为满足北京大学新一代超导注入器DC-SRF-II注入器的需求,设计了新的光阴极驱动激光系统。系统采用模块化的布局,可以工作在从单脉冲到81.25 MHz连续波模式,绿光输出功率1.41 W @ 1 MHz。系统实现了激光的纵向和横向整形,纵向整形后的激光脉冲为平顶分布,脉宽约为18 ps,横向则为截断高斯分布。实验结果显示,输出激光的RMS功率波动为1.8%,指向抖动小于1 μrad。     

用于高平均功率FEL的DC-SC光阴极注入器

 为获得用于高平均功率自由电子激光（FEL）的高平均流强电子束，设计了一种新型的DC-SC光阴极注入器。该注入器由皮尔斯直流引出结构、1+1/2超导腔和同轴功率耦合系统组成，可以提供高品质、CW模式或高占空比的电子束。对DC-SC光阴极注入器进行了优化设计和束流动力学研究。模拟和优化结果表明DC-SC光阴极注入器完全可以用于高平均功率自由电子激光。模型腔实验验证了理论模拟的可靠性。     

用于高平均功率FEL的DC-SC光阴极注入器

为获得用于高平均功率自由电子激光（FEL）的高平均流强电子束,设计了一种新型的DC-SC光阴极注入器。该注入器由皮尔斯直流引出结构、1+1/2超导腔和同轴功率耦合系统组成,可以提供高品质、CW模式或高占空比的电子束。对DC-SC光阴极注入器进行了优化设计和束流动力学研究。模拟和优化结果表明DC-SC光阴极注入器完全可以用于高平均功率自由电子激光。模型腔实验验证了理论模拟的可靠性。     

光阴极RF腔注入器

光阴极RF腔注入器是一种强流、窄脉冲(ps量级)、低发射度的电子束源。文章给出了CAEP光阴极RF腔注入器的结构和实验结果,结构主要包括驱动激光器、Cs2Te阴极制备室、2.5个RF腔、高功率微波源和测量仪器等,其中驱动激光器的参数是影响注入器电子束质量的重要因素;实验上,该光阴极RF腔注入器可稳定输出能量2MeV、流强70A、发射度～4mm.mrad的高亮度电子束流。     

基因算法在光阴极注入器优化设计中的应用

基于正在建设的大连自由电子激光装置,研究了基因算法在注入器优化设计中的系统应用。与传统的注入器优化方法相比较,基因算法在多变量、多目标注入器优化问题中具有优化效率高、优化结果精确的优势;通过采用权重因子的方法将多目标问题转化为单目标优化问题,大大简化了基因算法优化流程;光阴极注入器对束流稳定性要求严格,通过基因算法优化使束流的到达时间抖动控制到150fs,满足束流稳定性的要求。     

基因算法在光阴极注入器优化设计中的应用

基于正在建设的大连自由电子激光装置,研究了基因算法在注入器优化设计中的系统应用。与传统的注入器优化方法相比较,基因算法在多变量、多目标注入器优化问题中具有优化效率高、优化结果精确的优势;通过采用权重因子的方法将多目标问题转化为单目标优化问题,大大简化了基因算法优化流程;光阴极注入器对束流稳定性要求严格,通过基因算法优化使束流的到达时间抖动控制到150 fs,满足束流稳定性的要求。     

光阴极RF腔注入器中激光脉冲的时间抖动

介绍光阴极RF腔注入器中的驱动激光器,采用二极管泵浦的自锁模激光器,通过锁相,使输出激光脉冲的时间抖动小于2ps,实现激光脉冲同微波相位之间的严格同步,在实验上获得流强70A、能量2MeV、亮度4.4×1011A/(m2.rad2)的电子束。     

北京大学DC-SC光阴极注入器的升级设计

基于直流电子枪-超导加速腔（DC-SC）光阴极注入器样机的初步实验结果,北京大学提出了新的注入器的改进设计。新注入器核心结构包括皮尔斯枪和3+1/2超导腔。文章给出了它们的详细结构参数,然后采用程序,对注入器的束流动力学进行了模拟。结果发现：新注入器可以提供具有高束流品质、高平均流强的电子束,束团的电荷量100 pC,横向发射度低于2 mm·mrad,脉宽5 ps,rms束斑可达0.5 mm,重复频率81.25 MHz;也可以提供电荷量为300 pC低重复频率的高峰值流强的电子束,其横向发射度小于3 mm·mrad,脉宽约为9 ps,以满足北京大学自由电子激光（PKU-FEL）实验平台的要求。     

光阴极RF腔注入器中激光脉冲的时间抖动

 介绍光阴极RF腔注入器中的驱动激光器,采用二极管泵浦的自锁模激光器,通过锁相,使输出激光脉冲的时间抖动小于2ps,实现激光脉冲同微波相位之间的严格同步,在实验上获得流强70A、能量2MeV、亮度4.4×10¹¹A/(m².rad²)的电子束。     

北京大学DC-SC光阴极注入器的升级设计

 基于直流电子枪-超导加速腔（DC-SC）光阴极注入器样机的初步实验结果,北京大学提出了新的注入器的改进设计。新注入器核心结构包括皮尔斯枪和3+1/2超导腔。文章给出了它们的详细结构参数,然后采用程序,对注入器的束流动力学进行了模拟。结果发现：新注入器可以提供具有高束流品质、高平均流强的电子束,束团的电荷量100 pC,横向发射度低于2 mm·mrad,脉宽5 ps,rms束斑可达0.5 mm,重复频率81.25 MHz;也可以提供电荷量为300 pC低重复频率的高峰值流强的电子束,其横向发射度小于3 mm·mrad,脉宽约为9 ps,以满足北京大学自由电子激光（PKU-FEL）实验平台的要求。     

砷化镓光阴极直流高压注入器研究进展

主要介绍自由电子激光相干强太赫兹源（FEL-THz）装置上的砷化镓光阴极直流高压注入器的研究进展,并讨论其驱动未来高重复频率短波长自由电子激光器的差距。通过综合砷化镓阴极寿命的三大影响因素,提出了其工作寿命的定性物理模型;通过该模型对阴极和注入器进行优化,在直流高压电子枪上得到了5 mA, 32 min的连续稳定输出;测量了电子束在4.8 mA下归一化发射度约为4.0 mmmrad,阴极热发射度约为0.6 mmmrad,电子束本征横向能量约为92 meV,250 keV电子束在距离阴极90.6 cm处纵向均方根长度约为11.5 ps。这一束流状态已经基本满足FEL-THz需求。     

砷化镓光阴极直流高压注入器研究进展

主要介绍自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)装置上的砷化镓光阴极直流高压注入器的研究进展,并讨论其驱动未来高重复频率短波长自由电子激光器的差距。通过综合砷化镓阴极寿命的三大影响因素,提出了其工作寿命的定性物理模型;通过该模型对阴极和注入器进行优化,在直流高压电子枪上得到了5mA,32min的连续稳定输出;测量了电子束在4.8mA下归一化发射度约为4.0πmm·mrad,阴极热发射度约为0.6πmm·mrad,电子束本征横向能量约为92meV,250keV电子束在距离阴极90.6cm处纵向均方根长度约为11.5ps。这一束流状态已经基本满足FEL-THz需求。     

光阴极注入器型能量回收射频加速器

 光阴极注入器型能量回收射频加速器（PERL）是新一代加速器，在高平均功率自由电子激光和下一代高亮度光源等研究中有很好的应用前景。分析了PERL的强流与高平均功率特性，对注入器输出束流品质的要求及光阴极注入器、超导加速腔等关键技术进行了研究，设计分析了一种特殊结构的高压DC Gun光阴极注入器，能有效地提高DC加速腔中的加速场强，当高压为1MV和加速场达到10MV/m时，产生的电子束流能够基本满足PERL应用要求。同一超导加速段中的束流加速和能量回收的数值模拟计算结果表明，能获得高效率电子束流能量回收效果。