新型准光学可调辐射源研究

本文介绍一种新型毫米波准光学可调辐射源,它采用由面对称三反射镜准光学谐振腔和绕射光栅组成高频互作用系统,利用中等能量级的相对论带状电子注激励,产生频率可调的宽带毫米波、远红外波段的辐射。这种新方案的机理性实验在电子科技大学首次获得成功,其主要实验参数：电子注的能量为400~500kV,电压脉冲宽度70ns,同步脉冲磁场强度1.2T; 磁场脉冲宽度10ms,带状电子注尺寸10nm×1mm;通过热测实验,我们成功地检测到3mm波段的高频信号,其峰值功率达到数十千瓦量级。     

新型史密斯-帕塞尔互作用结构中的辐射特性

新型史密斯-帕塞尔互作用结构是一个同轴型系统,它包括倒置的曲面镜和柱状光栅,并且光栅的截面可以是任意形状。用粒子模拟软件MAGIC对新结构进行模拟分析和优化,由于新结构采用倒置曲面镜,改变了光栅位置,大大增加了环状电子注半径,在同样电子注密度和厚度情况下,可以获得比改进前结构高几倍的电流,且辐射功率可提高1个数量级。并给出了新结构及改进前两种互作用结构在3 mm甚至更短波段的粒子模拟分析和计算结果,其输出功率达到数百MW以上。     

新型史密斯-帕塞尔互作用结构中的辐射特性

新型史密斯-帕塞尔互作用结构是一个同轴型系统,它包括倒置的曲面镜和柱状光栅,并且光栅的截面可以是任意形状。用粒子模拟软件MAGIC对新结构进行模拟分析和优化,由于新结构采用倒置曲面镜,改变了光栅位置,大大增加了环状电子注半径,在同样电子注密度和厚度情况下,可以获得比改进前结构高几倍的电流,且辐射功率可提高1个数量级。并给出了新结构及改进前两种互作用结构在3 mm甚至更短波段的粒子模拟分析和计算结果,其输出功率达到数百MW以上。     

对史密斯-帕塞尔自由电子激光光栅的研究

为了研究史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率和光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的关系,对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光利用粒子模拟软件进行模拟和理论分析。首先,利用粒子模拟软件模拟对于基于矩形光栅的史密斯-帕塞尔自由电子激光进行了研究,发现史密斯-帕塞尔自由电子激光的输出频率随光栅槽深、光栅槽长、光栅槽宽的增大而减少。接着,对史密斯-帕塞尔自由电子激光的光栅槽进行了理论分析,发现每个光栅槽都可以等效为一个LC谐振电路,并发现在史密斯-帕塞尔自由电子激光中存在两种辐射,一种是史密斯-帕塞尔辐射,另一种是LC振荡辐射。最后,对光栅槽的LC振荡辐射进行了估算,发现史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的模拟值与光栅槽的LC振荡辐射估算值的数量级均为102 GHz,且变化规律上一致。据此推测决定史密斯-帕塞尔自由电子激光输出频率的应该是光栅槽,而不是谐振腔。     

北京自由电子激光光学谐振腔动态失谐研究

提出微波系统宏脉冲内相位任意变化的方法,改善自由电子激光功率输出.以自由电子激光功率输出为指示,用计算机控制任意函数发生器改变宏脉冲内微波相位,短的建立时间和大的饱和功率会同时获得.北京红外自由电子激光器进行的实验证明这种方法可以有效地提高自由电子激光的功率输出.     

BFEL光学谐振腔真空机械五维精密遥控调节装置

论述了北京自由电子激光(BFEL)光学谐振腔真空机械五维精密遥控调节装置的设计考虑.讨论了自由电子激光谐振腔不同于一般激光谐振腔的特点.介绍了通过波纹管实现光腔真空室内外的位移及角度调节的传递方法.采用粗细精三级传动精度设计,使BFEL光腔腔镜不仅具有五维的精密遥控调节机能,而且实现了调节范围±5mm,分辨率2μm,角度调节范围±3°,分辨率0.5″的实验结果.该机构自1992年以来一直用于BFEL装置的出光实验中.     

储存环自由电子激光器与KrF激光驱动器的激光谐振腔光学膜系实验研究

惯性约束核聚变氟化氪激光驱动器与储存环自由电子激光器,虽然其激光产生机理完全不同,但是它们对于激光谐振腔光学膜系的要求却几乎完全相同.新研制的Al₂O₃/SiO₂/MgF₂“双氧化物+单氟化物”紫外光学膜系,在248nm中心波长处,它的光学透射率测量值为0.27%—0.71%,反射率的计算值为96.5%,其光谱带宽为22.6nm.在脉冲宽度为23ns的KrF激光照射下,它的抗激光损伤阈值达到(5.36±0.30)J/cm²,是可用于储存环紫外波长自由电子激光研究与数千焦耳数量级高能、高功率KrF激光驱动器研究的高破坏阈值紫外光学膜系.     

紧凑型THz源的史密斯-帕塞尔辐射模拟

 采用模拟和数值计算的方法,研究了THz波段的受激史密斯-帕塞尔辐射特性。实验装置以“上海电子束离子阱”为原型,采用紧凑型设计以便最终实现其可移动性。束流动力学模拟表明,此装置采用强磁场,可以得到平均流强为0.2 A、束流半径为75 μm的高品质电子束,为电子束工作在自由电子激光模式下创造了条件。基于Andrews和 Brau的理论,优化了光栅参数,保证了辐射角度在60°。其中消散场的计算频率为0.365 9 THz。采用particle-in-cell(PIC)程序模拟了光栅表面的辐射场以及电子的动力学特性。模拟结果表明电子有群聚效应,且二次谐波（0.723 THz,约为消散频率的2倍）得到增强。采用后处理方法计算了史密斯-帕塞尔辐射的功率空间分布。计算显示辐射角度与理论角度相一致,表明了方法的有效性。输出的功率约为2 mW。     

W波段具有开放式圆柱光栅的三反射球镜准光腔辐射源

 为设计输出高功率、高频率的W波段辐射源提供一个可行的方案,对一种具有开放式圆柱光栅的三反射球面镜准光腔大功率辐射源,在理论计算和PIC模拟仿真的基础上,完成了理论设计,装配出实验系统,并进行了热测实验。实验中采用了束流脉宽为70 ns的环形电子注,引导磁场为2.2 T,二极管电压为557 kV,电流约为1.8 kA,实验测得在W波段有1.2 MW的峰值功率输出。     

W波段具有开放式圆柱光栅的三反射球镜准光腔辐射源

为设计输出高功率、高频率的W波段辐射源提供一个可行的方案,对一种具有开放式圆柱光栅的三反射球面镜准光腔大功率辐射源,在理论计算和PIC模拟仿真的基础上,完成了理论设计,装配出实验系统,并进行了热测实验。实验中采用了束流脉宽为70 ns的环形电子注,引导磁场为2.2 T,二极管电压为557 kV,电流约为1.8 kA,实验测得在W波段有1.2 MW的峰值功率输出。     

A Novel Smith-Purcell FEL

A novel Smith-Purcell FEL with a relativistic electron beam of middle energy and a quasi-optical resonator composed of diffraction grating and three mirror reflector is described in this paper. Coherent radiation with peak power of tens of KW at 3 mm waveband is successfully detected from an experimental facility characterized by beam energy of 400-500 KeV, pulse length of 70 ns, pulse beam current of 0.2 KA, and pulse guide magnetic field of up to 1.2 T.     

Investigation of a Novel Smith-Purcell Tunable Radiation Source

A novel Smith-Purcell tunable radiation source with relativistic electron beam of middle energy and a quasi-optical resonator composed of diffraction grating and three-mirror reflector is reported. Theoretical analyses and numerical simulation results indicate that coherent radiation with peak power of a few MW order can be achieved from this experimental model. The typical curve of PIC simulation and cool testing experiment is also given.     

The study of diffraction radiation oscillation

Theoretical and experimental study of Diffraction Radiation Oscillator (DRO) is reported in this paper, it is the first work done in P. R. China. The sphere-cylindrical open cavity used in the DRO has been analysed, the method for testing the field profile and the cold measurement of the open cavity have been worked out. The experimental device was manufactured in our lab. and the theoretical analysis and experimental study of the device have been carried out. The main experimental results are: from 2000 V to 4000 V, the tube operates in the 60–87 GHz band, and the maximum output power is about 800 mW.     

百焦耳级XeCl准分子激光实验研究

介绍了西北核技术研究所利用“闪光Ⅱ号”强流相对论电子束加速器作泵浦源研制的百焦耳级XeCl准分子激光器的主要性能和实验结果。     

RF gun for an intense THz radiation source

A new facility is under construction at the Shanghai Institute of Applied Physics,to generate femto-second electron bunches and intense coherent THz radiation pulses.A thermionic RF-gun is used to be the electron source of the linac,which is 1.6 cell,π/2,side coupled in design.In the following of this paper,the design,manufacture and beam operation of this gun are presented.     

RF gun for an intense THz radiation source

A new facility is under construction at the Shanghai Institute of Applied Physics, to generate femto-second electron bunches and intense coherent THz radiation pulses. A thermionic RF-gun is used to be the electron source of the linac, which is 1.6 cell, π², side coupled in design. In the following of this paper, the design, manufacture and beam operation of this gun are presented.     

高重复频率相干衍射辐射超宽谱太赫兹源

研究了一种新型相干衍射辐射（CDR）太赫兹源,该太赫兹源基于中国工程物理研究院自由电子激光相干强太赫兹源（FEL-THz）的加速器电子束束流,具有MHz量级重复频率。理论分析、数值计算和PIC模拟证明了此太赫兹源时间长度可达到ps量级,中心频率在100~400 GHz可调,截止频率位于1~2 THz,脉冲峰值功率可达10 kW量级,平均功率可达到W量级,并且功率随束流流强成平方正比关系。     

变参数Smith-Purcell自由电子激光器的效率

 讨论了变参数Smith–Purcell自由电子激光器中电子的一维运动。得到了小信号情况下器件效率的解析式，给出了选取光栅参数的变化依据。在辐射输出波长为1 μm情况下进行了数值模拟计算。结果表明，当光栅参数的变化选取合适时，增加电子与场的相互作用长度，能提高器件的工作效率。