有线性摆动器和轴向引导磁场的自由电子激光器的自发辐射及受激喇曼辐射

本文研究的自由电子激光器具有线性摆动器及轴向引导磁场.强流相对论冷电子束通过位在这些磁场中的平行平板波导。我们计算了它的自发辐射和受激喇曼辐射,给出了单位频率单位立体角的自发辐射功率和在电子静止坐标中的横电波(TE模)的受激喇曼辐射的色散关系和增益公式。     

摆动器场误差对自由电子激光器自发辐射谱的影响

在考虑平面型摆动器（Ｗｉｇｇｌｅｒ）场误差△Ｂ（ｚ）的情况下，求解电子在磁场中运动的洛仑兹（Ｌｏｔｅｎｔｚ）方程，得到场误差对电子横向速度的改变，然后作傅里叶变换即为电子自发辐射谱的改变，并讨论了各种场误差对自由电子激光器自发辐射谱的影响，选择北京自由电子激光器（ＢＦＥＬ）参数，进行模拟，最后确定出各种场误差的可接受条件。     

带电粒子沟道辐射作为γ-激光的可能性

将沟道辐射与自由电子激光进行类比,讨论了电子轴沟道辐射作为γ激光的可能性.引入等效磁场描述电子的运动行为,并通过等效磁场与辐射场相互作用描述了电子的纵向运动,导出了系统的摆方程和能量增益,得到了与自由电子激光完全类似的结果.     

短波长自由电子激光器电子运动特性研究

短波长自由电子激光器的电子束在摇摆器中的传输通道长而狭窄, 须得电子具有良好的运动特性, 避免在传输过程中产生横向发散. 本文研究短波长自由电子激光器中超相对论电子在磁场具有横向分布的平面摇摆器中的三维运动特性, 用逐次逼近法推导相对论运动方程的解析表达式, 非线性数值计算模拟传输过程, 采用科尔莫 戈罗夫熵 方法分析运动的稳定性. 结果表明: 摇摆器磁场除使电子做周期性摇摆运动外, 还迭加了偏离轴线的横向漂移运动, 在没有外置的磁场聚焦系统情况下, 电子将偏离轴线横向发散; 但是, 恰当选取电子的横向初始速度, 可有效地防止电子运动的横向发散, 即使没有外置的磁场聚焦系统, 也能在长达10 m 的摇摆器中顺利传输, 横向位移范围不超过0.09 mm, 而且其运动是稳定的. 关键词： 短波长自由电子激光器 平面摇摆器 超相对论电子运动 运动稳定性     

加深光学速调管自发辐射谱调制的研究

相干谐波储存环自由电子激光的相干增强因子正比于光学速调管自发辐射谱调制率的平方,加深光学速调管自发辐射谱的调制是相干谐波储存环自由电子激光研究的重要一环.介绍在中国科学技术大学800MeV电子储存环上所进行的加深光学速调管自发辐射谱调制的研究工作,调制率已从0.236提高到了0.80,为相干谐波产生实验奠定了基础.     

自由电子激光理论的经典近似

根据单粒子模型阐述了自由电子激光放大器的工作原理.讨论电子在周期性静磁场中与辐射场的作用,给出较清晰的物理图象.     

拉曼型自由电子激光器中相对论电子运动稳定性的比较研究

拉曼型自由电子激光器作为一种兆瓦级高功率毫米波、太赫兹波辐射源, 其电子的运动稳定性对整体器件的性能至关重要.本文采用科尔莫戈罗夫熵方法, 以典型的麻省理工学院公布的实验数据为例, 比较研究拉曼型正向导引磁场和反向导引磁场两类自由电子激光器中相对论电子的运动稳定性. 结果表明:摇摆器绝热压缩磁场对电子运动的稳定性无实质性影响, 但对电子运动影响大; 电子束自身场在拉曼型正向导引磁场自由电子激光器中使电子运动稳定性变差, 而在拉曼型反向导引磁场自由电子激光器中则可改善电子运动稳定性. 关键词： 拉曼型自由电子激光器 相对论电子运动稳定性 科尔莫戈罗夫熵 电子束自身场     

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。     

电子与电子相互作用辐射

波长比厘米波更长的相干电磁辐射通常都从自由电于的动能转变而来,但是,为了将自由电子的能量转变为更短的电磁波却长期未能成功。近年来,以自由电子通过交变磁场获得的磁阻尼辐射——所谓自由电子激光,引起人们广泛注意。看来它是获得毫米波以至近红外波段的可行技术,但是,用能量不太高的电子(例如MeV以下)产生光频或X光波段的辐射,还缺乏可行的途径。本文建议用电子束“对撞”的方式,由电子与电子相互作用来解     

自由电子激光的不稳振荡理论

自由电子激光最初是一种量子理论,后来F.A.Hopf等证明可用经典理论加以描述。本文将从解Vlasov-Maxwell方程的不稳振荡出发来讨论自由电子激光,所得结果不仅可用于相对论电子来通过横向周期磁场产生激光,而且也适用于光波或微波与相对论电子束相互作用产生激光。比较了各种方案,对电子束单色性要求是高的,接着又讨论了电子回旋激射器的不稳振荡,求得波纹回旋激射器问题的解.     

自由电子激光器中电子轨道的稳定性分析

本文分析了具有轴向磁场的自由电子激光器中电子轨道的稳定性问题,导出了作为稳定性判据的组合参数。从而为自由电子激光器的工作参数选择提供了某种依据。     

自由电子激光

自由电子受激发射的原理早在1951年莫茨(Motz)[1]就提出过,他认为电子行经电场或磁场时产生辐射,辐射的频率取决于电子的速率.电子能量从1MeV到1GeV的范围可产生从微波至硬 X 射线的频谱.他认为将电子束聚焦,可以使一群电子相干地辐射。相干辐射的功率比非相干辐射高约106的量级.这个设想在1953年虽然进行过实验,但未获成功.直到六十年代后期与七十年代初期,由于相对论强流电子束与高能电子加速器装置的发展,对自由电子受激发射开展了大量的实验与理论研究.典型的报导文章有[2-7].自由电子微波激射的实验成就推动着自由电子激光的发展.本…     

原子自发辐射中偶极矩的涨落与最大纠缠态的保持

研究了二能级原子与电磁场相互作用体系的自发辐射与量子纠缠态.在原子的自发辐射过程中,其偶极矩的期待值总是零,但偶极矩的涨落恒等于一个不为零的常量,因此原子的自发辐射是由真空起伏导致偶极矩的涨落引起的.Jaynes-Cummings模型是产生量子纠缠态的重要体系,研究发现,原子与场纠缠态的信息熵和纠缠度随时间作周期性的振荡,量子态在非纠缠与纠缠态之间变化.更为重要的是,在失谐量适当时,量子态将长时间停留在最大纠缠态.     

Smith─Purcell效应中的轫致辐射

提出了新的Ｓｍｉｔｈ－Ｐｕｒｃｅｌｌ（ｓｐ）辐射模型，研究了沿金属光栅表面运动的自由电子的轫致辐射中的自发辐射、受激辐射和受激吸收等过程，发现电子的自发辐射也会随着电子束厚度的增加而出现饱和。还讨论了由ＳＰ效应实现短波长自由电子激光器的前景，认为这种前景并不容乐观。最后还对ＳＰ效应中几个急待解决的问题进行了讨论。     

Smith─Purcell效应中的轫致辐射

提出了新的Ｓｍｉｔｈ－Ｐｕｒｃｅｌｌ（ｓｐ）辐射模型，研究了沿金属光栅表面运动的自由电子的轫致辐射中的自发辐射、受激辐射和受激吸收等过程，发现电子的自发辐射也会随着电子束厚度的增加而出现饱和。还讨论了由ＳＰ效应实现短波长自由电子激光器的前景，认为这种前景并不容乐观。最后还对ＳＰ效应中几个急待解决的问题进行了讨论。     

Bloch定理与散射平面波的干涉

从波动学的角度分析空晶格模型中的自由电子在周期性晶体势微扰作用下转变为晶体中Bloch电子的过程,揭示出了这一过程的物理实质,结果表明,在晶体势微扰作用下,代表空晶格模型中自由电子定态波函数的行进平面波在晶体内各点处产生了各种许可波矢的散射平面波,Bloch定理是晶体微观结构的平移对称性（即周期性）使得这些散射平面波产生干涉的结果。     

光学速调管自发辐射谱的测量及调制率的提高

 在国家同步辐射实验室(NSRL)800MeV 电子储存环上进行的相干谐波储存环自由电子激光研究中, 测量了光学速调管的自发辐射谱并提高了它的调制率。     

用金属电子逸出功测定仪做设计性扩展实验的实践

介绍利用金属电子逸出功测定仪研究轴向磁场对自由电子的磁控条件及测定电子比荷,研究真空二极管的伏安特性,研究金属中自由电子的费米－狄拉克能量分布状况等设计性扩展实验的内容和方法。     

用于THz源的混合型波荡器数值模拟

波荡器是基于自由电子激光的小型THz源关键器件, 其可调节的周期性磁场结构与两端的光腔配合, 使得穿越的电子束产生带增益的相干辐射, 最终达到THz源所需要的功率. 同纯永磁结构相比, 混合型波荡器通过软铁材料调节由永磁块磁化方向性差异导致的磁场分布误差, 同时可提供更高的场强. 本文针对小型THz源需求, 对混合型波荡器进行了相关物理设计. 在解析方法分析的基础上, 采用OPERA3D/TOSCA有限元分析软件, 对波荡器进行了三维磁场数值模拟和积分场优化. 通过对波荡器端部结构的调整, 优化后模型的一次场积分(导向误差)小于0.01Gs﹒m, 电子轨迹偏移小于0.02mm.     

用于THz源的混合型波荡器数值模拟

波荡器是基于自由电子激光的小型THz源关键器件,其可调节的周期性磁场结构与两端的光腔配合,使得穿越的电子束产生带增益的相干辐射,最终达到THz源所需要的功率.同纯永磁结构相比,混合型波荡器通过软铁材料调节由永磁块磁化方向性差异导致的磁场分布误差,同时可提供更高的场强.本文针对小型THz源需求,对混合型波荡器进行了相关物理设计.在解析方法分析的基础上,采用0PERA3/TOSCA有限元分析软件,对波荡器进行了三维磁场数值模拟和积分场优化.通过对波荡器端部结构的调整,优化后模型的一次场积分(导向误差)小于0.0lGs.m,电子轨迹偏移小于0.02mm.