纯永磁波荡器基波与谐波磁场的三维计算与测试

对标淮的纯永磁波荡器进行了三维磁场的有限元计算,给出了纯永磁波荡器的基波与谐波磁场的幅值与相位,并与测试结果进行对比,结果表明,标准的纯永磁波荡器谐波磁场幅值比基波幅值低两个数量级。     

纯永磁波荡器磁场计算的三维修正

 用归一化量对纯永磁波荡器的磁场进行三维计算分析,讨论了一般情况下有限磁极宽度的三维修正以及对好场区的影响,给出了磁极宽度对通常二维近似的修正曲线以及在不同磁极宽度下相对场强的横向变化曲线。     

纯永磁波荡器磁场计算的三维修正

用归一化量对纯永磁波荡器的磁场进行三维计算分析,讨论了一般情况下有限磁极宽度的三维修正以及对好场区的影响,给出了磁极宽度对通常二维近似的修正曲线以及在不同磁极宽度下相对场强的横向变化曲线。     

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。     

横向聚焦波荡器磁场的计算与分析

横向聚焦波荡器可用于电子束能量较低、函数较小的情况。在现有横向聚焦波荡器设计方案的基础上,通过倾斜磁块端面和磁极面提出了几种不同结构的横向聚焦波荡器方案。利用三维磁场模拟程序Radia,对这些波荡器的聚焦场特性进行了模拟计算,对其聚焦特性与主要参数的关系进行了研究,并与现有其他横向聚焦波荡器的聚焦特性进行了对比。对弱聚焦和强聚焦两种情况,分别给出较好的结构方案。对于弱聚焦,平均聚焦梯度随中心场强的增大而略有增大,变化不明显;对于强聚焦,平均聚焦梯度随中心场强的增大而明显增大,呈高次曲线关系。     

用模拟退火法进行纯永磁波荡器磁块组合优化

纯永磁波荡器由多个磁块组成,磁块的剩磁离散性会引起波荡器磁场误差,从而影响储存环工作状态和自发辐射谱质量。在波荡器磁块安装之前,使用模拟退火法对磁块进行组合排序优化,可以使峰值场强误差降低到10-4量级以下,磁场一次积分降低到10-6 T·m量级,二次积分降低到10-6 T·m2量级,优化结果不依赖于初始状态的选择。给出优化的详细过程,提出了根据磁块剩磁快速计算波荡器峰值场强误差和积分场的方法。     

用模拟退火法进行纯永磁波荡器磁块组合优化

 纯永磁波荡器由多个磁块组成,磁块的剩磁离散性会引起波荡器磁场误差,从而影响储存环工作状态和自发辐射谱质量。在波荡器磁块安装之前,使用模拟退火法对磁块进行组合排序优化,可以使峰值场强误差降低到10 ^-4量级以下,磁场一次积分降低到10^-6 T·m量级,二次积分降低到10 ^-6 T·m ²量级,优化结果不依赖于初始状态的选择。给出优化的详细过程,提出了根据磁块剩磁快速计算波荡器峰值场强误差和积分场的方法。     

波荡器位相误差及垫补计算

 给出了波荡器位相误差的函数式, 可由磁场峰值分布直接计算波荡器位相均方根误差。给出了波荡器垫补修正场的简单解析计算式, 可根据垫片的位置、大小、厚度、磁极间隙等参数直接计算出对磁场及位相的修正 。     

波荡器位相误差及垫补计算

给出了波荡器位相误差的函数式, 可由磁场峰值分布直接计算波荡器位相均方根误差。给出了波荡器垫补修正场的简单解析计算式, 可根据垫片的位置、大小、厚度、磁极间隙等参数直接计算出对磁场及位相的修正 。     

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。     

FEL光学速调管的升级性能分析

通过三维磁场的有限元计算,给出了自由电子激光（FEL）研究用光学速调管升级后的磁参数。国家同步辐射实验室合肥光源（HLS）电子储存环能量可以日常运行在200～800 MeV间,为了与电子储存环能量匹配,并在较高束电子能量下进行实验和得到较多的相干辐射光子,光学速调管从原来的对称结构升级成非对称结构,用于HLS储存环谐波产生FEL实验。给出了升级后非对称光学速调管的几组匹配磁参数,用于在HLS储存环注入能量和可以运行的最高能量下进行谐波FEL实验。初步计算表明,HLS 储存环电子束性能优越,能散很低,FEL实验用最高能散仅为2.05×10-4,相应FEL辐射的能散修正因子在0.96以上,可以忽略不计。     

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。     

Lie algebraic approach to the time-dependent quantum general harmonic oscillator and the bi-dimensional charged particle in time-dependent electromagnetic fields

We discuss the one-dimensional, time-dependent general quadratic Hamiltonian and the bi-dimensional charged particle in time-dependent electromagnetic fields through the Lie algebraic approach. Such method consists in finding a set of generators that form a closed Lie algebra in terms of which it is possible to express a quantum Hamiltonian and therefore the evolution operator. The evolution operator is then the starting point to obtain the propagator as well as the explicit form of the Heisenberg picture position and momentum operators. First, the set of generators forming a closed Lie algebra is identified for the general quadratic Hamiltonian. This algebra is later extended to study the Hamiltonian of a charged particle in electromagnetic fields exploiting the similarities between the terms of these two Hamiltonians. These results are applied to the solution of five different examples: the linear potential which is used to introduce the Lie algebraic method, a radio frequency ion trap, a Kanai–Caldirola-like forced harmonic oscillator, a charged particle in a time dependent magnetic field, and a charged particle in constant magnetic field and oscillating electric field. In particular we present exact analytical expressions that are fitting for the study of a rotating quadrupole field ion trap and magneto-transport in two-dimensional semiconductor heterostructures illuminated by microwave radiation. In these examples we show that this powerful method is suitable to treat quadratic Hamiltonians with time dependent coefficients quite efficiently yielding closed analytical expressions for the propagator and the Heisenberg picture position and momentum operators.     

原子在双色组合场中产生高次谐波的转换效率与激光波长的关系

利用分裂算符法求解速度规范下的含时薛定谔方程,研究了一维氦原子处于单色红外场、红外场与紫外场形成的双色组合场中产生的高次谐波谱,分析了在截止位置附近高次谐波的转换效率与激光波长(800—2000 nm)的关系,发现在双色组合场驱动下截止位置附近高次谐波的转换效率随波长的变化为η(λ)∝λ^－x,其中〈x〉的数值取决于激光场的强度,但是只要选取合适场强的组合场就能提高截止位置附近高次谐波的转换效率. 关键词： 双色组合场 分裂算符 高次谐波 转换效率     

High-order harmonic generation of the N2 molecule in two-color circularly polarized laser fields

The generation of high-order harmonics and the attosecond pulse of the N₂ molecule in two-color circularly polarized laser fields are investigated by the strong-field Lewenstein model. We show that the plateau of spectra is dramatically extended and a continuous harmonic spectrum with the bandwidth of 113 eV is obtained. When a static field is added to the x direction, the quantum path control is realized and a supercontinuum spectrum can be obtained, which is beneficial to obtain a shorter attosecond pulse. The underlying physical mechanism is well explained by the time-frequency analysis and the semi-classical three-step model with a finite initial transverse velocity. By superposing several orders of harmonics in the combination of two-color circularly polarized laser fields and a static field, an isolated attosecond pulse with a duration of 30 as can be generated.     

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%。     

基态分子波函数对N2分子在强激光场中产生高次谐波的影响

在强场近似下,利用简单的近似波函数作为分子基态最高占据轨道的波函数,研究了N₂分子在强激光场中产生高次谐波的特性,并将结果与用精确的分子波函数作为基态波函数得到的结果进行了比较.结果表明,采用这两种不同的分子基态波函数得到的高次谐波在分子轴与激光偏振方向间的夹角较小时符合得很好,而在夹角较大的情况下,两者的结果差异较大.通过分析不同波函数所给出的电子密度分布,给出了产生这种差异的原因. 关键词： 强激光场 强场近似 分子的高次谐波