圆波导契伦柯夫自由电子激光的单粒子理论

用单粒子理论研究了契伦柯夫自由电子激光的基本性质,给出了空心束圆柱衬介质波导契伦柯夫自由电子激光调谐特性,导出了增长率表达式,计算了克服谐振腔损失所需阈值电流和相互作用效率,讨论了束与介质间间隙的影响,并对空心束与实心束进行了比较,最后讨论了电子束品质对契伦柯夫自由电子激光的影响。     

多电子束契伦柯夫自由电子激光振荡器

我们对多电子束契伦柯夫自由电子激光进行了首次实验研究。280A,500kV的电子束被引入一多介质矩形谐振腔,在频率为33.4GHz处产生了1.7MW的契伦柯夫相干受激辐射。互作用效率为1.2％。     

圆波导契伦柯夫自由电子激光流体描述

用磁流体理论研究了契伦柯夫自由电子激光的性质,导出了空心束驱动的圆柱对称波导契伦柯夫自由电子激光的色散关系,利用色散关系计算了契伦柯夫不稳定性增长率,给出了饱和功率的估计值,考虑了束与介质间间隙对契伦柯夫自由电子激光的影响,并就空心束与实心束情况进行了比较。     

边耦合光腔用于远红外FEL的分析

 模拟了边耦合输出用于FIR FEL 的可实用性，证明这种输出方式适合于远红外FEL。分析且模拟了光腔各种输出参数（如输出功率、腔增益、耦合效率等）随输出镜尺寸及位置的变化规律，找出了最佳的输出镜尺寸及位置。并对谐振腔有漂移管和无漂移管两种情况进行了比较。通过移动或者更换输出镜（输出反射镜），改变输出镜尺寸和位置，可以灵活地选择和调节光腔的Q值。能适应实验不同阶段的需要：例如在实验初期可以提高Q值，增大净增益；而在做饱和实验时可以增大输出，使输出功率最大。     

填充等离子体的介质契伦柯夫脉塞

利用自洽线性场理论,普遍讨论了电子在扰动场作用下的三维扰动,进而分别对薄环形相对论电子注和实心相对论电子注在填充等离子体的介质筒慢波波导中激励的契伦柯夫辐射进行了详细的分析,导出了其色散方程和波增长率。分析表明注波互作用是由于慢波系统中的波导模与电子注模耦合所致,填充等离子体后能大大提高注波互作用效率,并详细计算和分析了等离子体密度和电子注半径对波增长率的影响。     

填充等离子体的介质契伦柯夫脉塞

 利用自洽线性场理论，普遍讨论了电子在扰动场作用下的三维扰动，进而分别对薄环形相对论电子注和实心相对论电子注在填充等离子体的介质筒慢波波导中激励的契伦柯夫辐射进行了详细的分析，导出了其色散方程和波增长率。分析表明注波互作用是由于慢波系统中的波导模与电子注模耦合所致，填充等离子体后能大大提高注波互作用效率，并详细计算和分析了等离子体密度和电子注半径对波增长率的影响。     

100μm远红外FEL系统单一微波源实验

自由电子激光性能主要取决于电子束的品质，而电子束的品质主要依赖于微波加速场的稳定。特别是对自由电子激光用户装置，对微波源的稳定性要求更高。中物院FEL必须解决的问题其中之一有必须提高FEL自发辐射的稳定性。设计的系统中因采用了两个速调管放大器分别给注入器和加速器提供微波功率，两个放大器相位的抖动(随机的)自然会引起能量的变化，尤其在低能段还会影响到束流的品质。2003年采用了中科院电子所首批研制的KL-54速调管进行单波源改进实验，为了减少微波传输中的损耗，引进了3端口大功率环行器，使功率损耗减少了20％，与此同时设计生产了大功率电调功分器和电调移相器，使单一微波源建立起来，达到了满意的结果。     

多波契伦柯夫振荡器的实验研究

建立了一套X波段多波契伦柯夫振荡器装置,并进行了实验研究,获得了基于多波契伦柯夫振荡器机制的微波辐射。实验测得的微波频率介于9.59~10.4GHz,辐射效率大于10%,微波功率超过100MW。     

加速器噪声对远红外FEL振荡器影响的模拟研究

采用FEL一维脉冲模型，针对中国原子能研究院的远红外FEL振荡器，模拟研究了加速器噪声对FEL的影响。对电子束微脉冲的时间晃动和能量波动所引起的光功率波动及光谱中心晃动进行了模拟计算，在计算中还分别考虑了噪声频率、振幅的大小产生的直接影响以及腔失谐的间接影响。     

CAEP远红外100 μm FEL自发辐射谱的实验研究

在FEL实验中,电子束通过摇摆器,一方面由于周期性磁场作用,电子束轨迹要周期性的摆动,另一方面还要辐射同FEL辐射波长一致的自发辐射,该辐射谱反映电子束、摇摆器集成后的参数。在CAEP(Institute of China Academic Engineering Physics)远红外100 μm FEL实验中,自发辐射谱通过Ge∶Ga低温探头和远红外100 μm光栅谱仪测量。文章侧重从实际摇摆器磁场分析了远红外100 μm FEL的自发辐射谱。     

The Research of Scattering Cross-Section and Energy-Extraction in FEL

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THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹（THz）自由电子激光（FEL）装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。     

远红外自由电子激光器的性能和可能的应用(英文)

本文提出了远红外自由电子激光器(FIRFEL)的现实优点:对电子束质量要求不太苛刻;比较经济;对远红外区的非线性和相干性研究是唯一的合适的光源。分析了自由电子激光器增益与电子束和摆动器参量的关系,指出对给定的发射度存在一特定的波长,当波长比特定波长短时,增益将急骤下降。概述了远红外区的重要物理现象以及远红外自由电子激光器的可能的应用,预期这些研究对THz电子学发展是很重要的。     

THz自由电子激光椭圆型耦合输出光腔

在对中国工程物理研究院高功率太赫兹（THz）自由电子激光（FEL）装置理论分析和设计的基础上,针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点,提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案,并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明,椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点,可使光腔输出功率提高33%以上,输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高,椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。     

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。     

反向导引场自由电子激光器的三维非线性模拟

 对Conde–Bekefi反向导引场自由电子激光（FEL）放大器实验进行了三维非线性分析。当引入一类似于回旋自谐振脉塞收缩角(pinch angle)参数的电子束入射角参数后，其模拟计算结果与实验相符。这预示了反向导引场FEL中束波互作用的一种新机理。     

氟化铅晶体的生长新技术及其Cherenkov辐射效应

氟化铅晶体是一种性能优异的Cherenkov辐射材料,在实验高能物理领域被用作Cherenkov探测器,有广泛的应用前景,但传统的生长方法不仅生长成本高,而且晶体性能差,难以满足实用要求。文章介绍的掺脱氧剂非真空生长新技术既摆脱了真空法中设备投资大和工艺复杂的缺点,而且生长出的晶体性能优越,其透光率,吸收边、透光均匀性,能量分辨率和抗辐照损伤能力中满足实用要求,处于世界领先水平。     

导引场下电磁泵浦自由电子激光的非线性理论

本文以Vlasov-Maxwell方程组为基础,用非线性动力学理论研究了存在导引场情况下电磁波泵浦的自由电子激光器的作用机制,导出了线性及非线性色散关系式,求出了非线性不稳定性增长率和自由电子激光的能量转换效率.结果表明,只要合理地选择参量条件,附加导引场可以大大提高自由电子激光的增长率和能量转换效率.     

远红外自由电子激光光腔改进的模拟分析

提出在中物院远红外自由电子激光光腔中全程采用波导对光场进行约束,利用计算光束与电子束横向叠合因子分析了光腔中是否加入波导管对腔内净增益的影响。模拟了减小波导管间隙和提高扭摆器峰值磁场场强对腔内增益的影响。3维数值模拟计算表明在光腔中加入波导使扭摆器净增益由-6%提高到约25%;波导管的间隙每缩小2 mm,腔内净增益提高7％~15％;场强每提高0.02 T,腔内净增益可增加5%~10%。