短波自由电子激光放大器数值模拟

介绍在理论上研究自由电子激光(FEL)的MICFEL程序。MICEFL是以单粒子理论为基础的二维放大器程序。利用MICFEL计算的Paladin实验结果与FRED程序计算结果以及25米Paladin实验结果相比均基本符合。理论计算的结果显示了FEL增益光导的特性。     

曙光一号自由电子激光器边带不稳定性研究

结合曙光一号自由电子激光器的实际条件,在WAGF EL程序的基础上考虑了光脉冲和电子脉冲因速度不同而引起的滑移,使处在有质动力势阱中的电子因同步振荡位相的不同而发生耦合,使激光强度的调制出现边带不稳定增长而导致光束质量变坏。程序的考察通过利弗莫尔实验室 GINGER程序的结果进行,以确保计算结果的可靠。在此基础上对曙光一号自由电子激光器的边带进行了计算。     

自由电子激光三维数值模拟

在不降低计算精度条件下,保持FELEX程序的基本框架,我们采用了自接法,变量变换,制表等一系列改进措施,使自由电子激光三维模拟计算缩短了一到二个量级的CPU时间,并在PC386/25上实现了运行程序。     

自由电子激光振荡器的二维数值模拟

在柱二维坐标系中,用数值计算方法求解了摇摆器内电子模拟方程组、光场方程组和无源区(不含摇摆器区)经非自适应方法变换后的无源旁轴波动方程并设计了相应的程序R_2D。用该程序计算的数值结果表明,在有源条件下二维数值模拟结果与高斯光束近似下的数值模拟结果符合较好;取完全相同的计算条件R-2D程序与洛斯阿拉莫斯实验室(LANL)的FELEX程序的计算结果符合较好;初步认为LANL实验数据的物理图象合理,数值结果基本可信;最后给出北京自由电子激光器(BFEL)的一些物理数据。     

自由电子激光光导的数值模拟与分析

从一维自由电子激光理论出发,唯象地考虑衍射效应,计算和分析了光导效应的特点和规律;针对曙光一号装置的自由电子激光参数,利用二维理论对光场剖面、填充因子、光场半径等进行了数值模拟;根据计算结果分析和讨论了影响光导的因素和实验条件。     

未被捕获电子对电磁波泵自由电子激光边带不稳定性的影响

用单粒子理论分析了未被有质动力势阱捕获的电子对电磁波泵自由电子激光边带不稳定性的影响。采用与文献［１］相同的方法，导出了色散方程，并进行了详细的分析和讨论。结果表明，未被捕获电子对边带不稳定性具有较大的影响。 关键词：     

自由电子激光振荡器的三维数值模拟

仔细地考查了与三维自由电子激光振荡器物理方程组相应的３－Ⅰ程序的可靠性。在此基础上使用该程序计算、分析了在电子束与光束同轴条件下，当电子束参数如能散度、发射度、束流等参量改变时三维自由电子激光的一些基本规律。     

自由电子辐射与北京自由电子激光

首先讨论了一些典型带电粒子的辐射机制及其应用，引入多个电子产生相干辐的条件，说明了它的重要意义，在扭磁体辐射基础上发展的自由电子激光，是物理与技术多年相互促进的结果。它具有波带覆盖广阔，波长连续可调，有高峰值功率和高平均功率的潜力，束流品质优异，并要产生大功率，短脉冲，因而具有一系列重要的应用的可能性。     

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

自由电子激光放大啁啾脉冲的数值模拟

 利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况。通过对数值模拟结果的定性分析得出：影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的。     

自由电子激光各类纵模的统一描述

给出一种研究自由电子激光各类纵模发展过程的新解析方法。建立了统一描述各类模的基本方程。并用这一方法研究了各次谐波的诱导辐射、超辐射和边带超辐射。     

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。     

孔耦合自由电子激光振荡器的数值模拟方法

针对孔耦合波导自由电子激光振荡器腔内光场横向特性,应用有限元法于慢变光场方程,并对输出腔镜上孔耦合过程加以较准确的描述,而后通过对数值结果的分析比较,说明这一模拟方法较好地描述了孔耦合引起的腔内光场横向结构的变化发展特性,改善了模拟结果。     

三维FEL振荡器的数值模拟

在３８６微机上建立了三维ＦＥＬ单模，多模振荡器模拟程序，并用该程序进行了计算。发现：１．对单模，在足够多的振荡次数的条件下（ａ）非理想入射，发射度，能散度对激光饱和功率的影响程度在一定范围内不显著，而且随输出耦合系数的降低而变弱。在输出耦合为２％时，小程度的非理想入射的饱和功率反而超过正入射；（６）非理想入射对饱和情况下的激光品质的影响也不显著，并随输出耦合系数的降低而变弱。２．对多模，在高输出耦合的情况下，边带将受到抑制而不能增长。非理想入射、发射度都会减慢边带的增长。     

毫米波自由电子激光的数值摸拟和定标律

本文用毫米波自由电子激光三维程序(WAGFEL程序)对典型的矩形波导管毫米波自由电子激光放大器的情况进行了计算、并将所得结果与线性理论进行了比较。两者之间有很好的一致性。同时,考察了电流、束流能散度、空间电荷效应等因素对激光增益系数的影响。在束流亮度不变的情况下,考察了饱和输出功率和饱和功率位置与电流的关系,得到了一些十分有用的定标律。此外,还考察了波导效应、空间电荷效应以及β_2<1效应对共振磁场漂移的影响。     

毫米波自由电子激光的数值模拟和实验的比较

从波导管毫米波自由电子激光器的设计要求出发,根据Livermore实验室FRED程序的物理思想,编制了空间三维的数值模拟程序(WAGFEL)。为了检验程序的可靠程度,结合ELF装置的实际参数,进行了数值模拟并和实验结果进行了比较。结果表明,把Wiggler磁场B_w增大300 Gs后,WAGFEL程序的模拟结果和Livermore实验室的实验结果基本符合。模拟使用的全部参数,除B_w增大300Gs外,都是ELF的实际参数。模拟时峰值磁场B_w=4050Gs,实验测量峰值磁场B_w=3720Gs,相差在8％左右。WAGFEL程序可以用来从事毫米波自由电子激光器的设计以及基本物理问题的研究。     

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。     

自由电子激光对束流品质的要求与改善措施

本文叙述了自由电子激光对电子束发射度、能散度和稳定性的要求，并介绍了采用谐波混频腔、光阴极微波电子枪和超导技术等改善措施中的关键技术问题。     

横模谱方法与孔耦合FEL振荡器数值模拟

 横模谱方法广泛应用于自由电子激光振荡器数值模拟。以孔耦合波导FEL振荡器的模型问题为例,通过对数值结果的分析和比较,说明横模谱方法的应用效果取决于诸多物理因素,在孔耦合情形下,主要取决于孔耦合效应及其引起的腔内光场横模结构的发展变化。