高增益自由电子激光饱和态分析的三维统计理论

考虑电子束横向发射度和电子β振荡,将2005年国际上提出的单通过高增益自由电子激光饱和状态分析的统计物理方法发展到三维情形。首先建立一种描述电子三维运动的归一化简化模型,推导了一维光场下包含电子横向运动的Vlasov方程。在螺旋型波荡器情形下通过引入横向运动守恒量发展了三维统计物理分析方法,并编写了相应计算程序,计算自由电子激光达到饱和时系统的光强增益、聚束因子。作为对比验证,编写包含N个电子自由电子激光系统的三维直接数值模拟程序,结果表明数值模拟和统计计算结果相一致。对比文献中一维模拟和一维统计理论计算结果,所得结果反映了电子束横向发射度以及电子在波荡器中的横向β振荡对饱和点参数的影响。     

基于光栅结构的自由电子激光波荡器（特邀）

波荡器是自由电子激光器的关键技术部件,目前常规的波荡器主要由磁体构成,利用磁场实现电子束偏转振荡,将电子束能量耦合至激光场。本文提出一种基于光栅表面电场的电波荡器机制,以发展自由电子激光器的小型化技术。阐述了该波荡器的基本原理及电子束在波荡器中的运动规律,推导了该方案下的自由电子激光波长及增益,对所采用的光栅表面电场进行二维仿真,并对电子束进行了跟踪仿真,计算了能量10 MeV电子束产生的激光增益为0.43,验证了基于光栅结构的微纳波荡器方案的可行性。     

远红外契伦柯夫FEL的动力学理论

契伦柯夫自由电子激光可以产生远红外相干受激辐射。本文建立了契伦柯夫自由电子激光的动力学理论并详细研究了初始信号频率,电子束电压和束—介质膜间隙对器件性能的影响。与自由电子激光,回旋自谐振脉塞比较,指出了短波契伦柯夫自由电子激光的几个显著特点。     

自由电子激光放大器频谱振荡现象的研究

本文从单粒子模型出发,导出了考虑相对论能量因子一级扰动量影响的色散方程。结果表明:当入射电子能量足够大时,自由电子激光放大器出现频谱振荡现象,产生这种现象的原因是由于相对论能量因子的扰动作用。文中对此进行了比较详细的讨论。 关键词：     

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…     

自由电子激光的空间电荷波理论

发展了相对论空间电荷波理论,并首先把空间电荷波理论用于建立自由电子激光的线性理论,揭示出自由电子激光中电子群聚及电子与波互作用机理的物理本质。并首次提出了“相对论去群聚”的物理概念,丰富了自由电子激光理论。同时提出了一些发展自由电子激光的新概念及新建议。     

电子束驱动的回旋激射不稳定性

对弱相对论性电子束驱动的回旋激射(maser)不稳定性的一般理论作了详细讨论.对在获得增长率实用表达式过程中若干解析表达式的推导与细节做了仔细的补充讨论和说明，还增加了增长率的近似表达式，并由此得到了回旋激射不稳定性主要特征的解析分析以及与精确计算的比较，使整个理论有一个完整的描述.侧重解析讨论，也提供了部分一般性的数值计算结果. 关键词： 回旋激射不稳定性 弱相对论性电子束 增长率     

常参数波荡器自由电子激光中电子相轨道从周期性到非周期性的演化

本文讨论常参数波荡器(untapered wiggler)自由电子激光中电子的运动,发现考虑电子束与激光场之间的能量交换后,随着电子束等离子体频率增加,部份电子的相轨道将变成非周期性,随机型。 关键词：     

科苑快讯

 1．北京自由电子激光装置实现饱和振荡中国科学院高能物理研究昕研制的北京自由电子激光装置(BFEL),是国家高科技863强激光领域的重大项目,于1993年5月26日成功地产生了红外激光。在提高电子束在波荡器相互作用区的电荷密度和其它一些性能后,系统的净增益由原来的6%提高到24%,从而于同年12月28日凌晨成功地实现了饱和振荡。     

双波荡器自由电子激光理论

给出了双波荡器自由电子激光器的通用理论.在双波荡器自由电子激光器中,引入了一个周期长度非常接近主波荡器中电子束感应加速振荡周期的附加波荡器.推导出了一套自治方程组描述双波荡器中自由电子激光场演变过程,并分别给出了低增益、高增益和饱和三种情况下的解析解.研究表明,适当选择附加波荡器的参数,可以提高自由电子激光器的增益或转换效率     

相对论皮秒激光在低密度等离子体中直接加速的电子束的横向分布特征研究

相对论皮秒激光与低密度等离子体作用可以通过"激光直接加速"机制获得超有质动力定标率的高能电子,且电荷量可以达到百n C级,在伽马射线产生、正电子产生等方面具有重要应用.然而激光直接加速电子束相比激光尾场加速电子束具有更大的发散角,同时实验观测的横向束分布也不均匀,但是其中的物理机制研究较少.本文通过二维粒子模拟证明,相对论皮秒激光在低密度等离子体中驱动的激光直接加速中,高能电子束会在激光偏振方向分叉,而且电子能量越高这种现象越明显.文章通过细致的理论分析解释了这种高能电子横向分布产生"分叉"结构的内在原因.在激光直接加速的过程中,电子在纵向获得加速的时候,它在激光偏振方向(横向) betatron振荡的动能也会随之增加,当电子的能量足够高时,二者呈线性关系,因此高能电子的横向速度的振幅近似相等,这种相等的振幅最终导致了高能电子束在激光偏振方向的分叉.     

静电电子回旋脉塞与静电自由电子激光

笔者提出了静电电子回旋脉塞的概念,并在三位博士生的共同努力下,建立了静电电子回旋脉塞的线性及非线性理论。接着,笔者又提出利用静电回旋系统建立静电自由电子激光的概念(此种静电自由电子激光目前在国际上简称为Orbitron自由电子激光),随即又建立了这种自由电子激光的线性理论并进行了数值计算。 陈晓东、欧阳征标和硕士生徐晓曦在他们的学位论文中,完成了静电电子回旋脉塞机理的实验论证工作。实验结果和理论计算较好地相符。 上述一系列的工作均已得到国际的公认。本文就是这一系列工作的基本总结。     

电子相对论径向波函数的基本特征

利用相对论平均自洽场理论,研究了电子相对论径向波函数的基本特征.电子相对论径向波函数大小分量的数量级通常相差悬殊且不"同步",核外电子的径向分布没有严格的零概率点;束缚电子相对论径向波函数大小分量的节点个数为n-l-1、波腹个数为n-l,而自由电子的节点和波腹数则趋于无穷大.电子相对论径向波函数反映了相对论效应的基本特征:相对论效应越强,小分量振幅相对越大,自由电子径向波函数振荡越剧烈.     

激光与相对论电子束相互作用中阿秒X射线脉冲的产生

本文对激光与相对论电子束相互作用产生的阿秒X射线脉冲进行了研究.阿秒X射线脉冲是由于激光被相对论运动的电子束经过汤姆孙后向散射产生的.讨论了等离子体参数对产生的阿秒X射线的影响.发现其波长随着入射激光的频率的增加或电子束的速度增加而减小.选择合适的参数还可以获得"水窗"波段的X射线.还讨论了相对论电子束的密度与其前沿的密度梯度的大小对所产生X射线的转化效率的影响. 关键词： 阿秒X射线脉冲 汤姆孙后向散射 超强激光 相对论电子束     

深紫外自由电子激光装置最新进展

中国科学院上海应用物理研究所自由电子激光团队于近日完成了一项新的自由电子激光实验,在上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)上,利用相对论电子束团在沟槽金属结构中激起的尾波场,对电子束纵向相空间的非线性进行了补偿,并成功实现了自由电子激光辐射光谱的操控和改善。该项研究成果近日发表在《物理评论快报》。作为第四代先进光源,自由电子激光由高亮度电子束团驱     

自由电子激光辐射场的经典理论分析

以经典电动力学分析自由电子激光辐射场,讨论辐射场的一般特性,并利用麦克斯韦方程组、波动方程、电子连续性方程以及相对论电子运动的洛伦兹力方程和能量方程一起系统地建立了自由电子激光辐射场的自洽解方法. 关键词：     

采用坡度磁场提高同轴腔电子回旋管的效率

 通过选择适当电子初始的横纵向速度比，并引进坡度磁场的方法，来提高同轴腔电子回旋微波激射器效率。非线性模拟表明，用这种办法可以将德国卡尔斯鲁研究中心研制的同轴腔电子回旋微波激射振荡器的实验效率，从26.7%提高到31.5%。这种效率放大的物理机制是：坡度磁场改变了相对论电子的运动条件，有效地改善了波束互作用过程中电子的群聚状态，使电子束有更多的动能转换为电磁能，从而提高了电子束的换能效率。     

相对论性电子在行波磁场中的自发辐射

相对论性电子在周期性磁场中的运动将产生自发辐射,这是产生自由电子激光的基础。本采用行波磁场作为周期性磁场,通过讨论可以看出,当电子通过这种磁场时将产生自发辐射,说明该磁场能作为自由电子激光器的摆动器。     

非均匀Wiggler场自由电子激光器的模拟计算

本文计算了自由电子激光器产生10.6μm辐射的情况,讨论了电流密度、激光光强、初始电子能量分布等参量的影响,比较几组不同实验参量所获得的辐射结果.以此模拟计算来确定对电子束质量及Wiggler场各参量的要求、辐射增益预计为1～3%.     

锥形激光等离子体中Compton 散射对电子的加速

应用相对论性电子与光子非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,结合锥形飞秒强激光等离子体中的光场特性和静电场能,分析、计算了入射的高能电子束与等离子体中的光子发生多光子非线性Compton散射时对电子的加速效应,发现等离子体中的光场会引起电子加速能量的振荡;等离子体中的静电场降低电子的加速效应。用高能电子束与锥形飞秒强激光等离子体中的光子发生双光子非线性Compton散射,是加速电子最为理想的情况。