FEL光学速调管的升级性能分析

通过三维磁场的有限元计算,给出了自由电子激光（FEL）研究用光学速调管升级后的磁参数。国家同步辐射实验室合肥光源（HLS）电子储存环能量可以日常运行在200～800 MeV间,为了与电子储存环能量匹配,并在较高束电子能量下进行实验和得到较多的相干辐射光子,光学速调管从原来的对称结构升级成非对称结构,用于HLS储存环谐波产生FEL实验。给出了升级后非对称光学速调管的几组匹配磁参数,用于在HLS储存环注入能量和可以运行的最高能量下进行谐波FEL实验。初步计算表明,HLS 储存环电子束性能优越,能散很低,FEL实验用最高能散仅为2.05×10-4,相应FEL辐射的能散修正因子在0.96以上,可以忽略不计。     

FEL光学速调管的升级性能分析

通过三维磁场的有限元计算,给出了自由电子激光（FEL）研究用光学速调管升级后的磁参数。国家同步辐射实验室合肥光源（HLS）电子储存环能量可以日常运行在200～800 MeV间,为了与电子储存环能量匹配,并在较高束电子能量下进行实验和得到较多的相干辐射光子,光学速调管从原来的对称结构升级成非对称结构,用于HLS储存环谐波产生FEL实验。给出了升级后非对称光学速调管的几组匹配磁参数,用于在HLS储存环注入能量和可以运行的最高能量下进行谐波FEL实验。初步计算表明,HLS 储存环电子束性能优越,能散很低,FEL实验用最高能散仅为2.05×10-4,相应FEL辐射的能散修正因子在0.96以上,可以忽略不计。     

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.     

合肥储存环相干谐波自由电子激光研究方法的改进

根据简单的计算模型,导出辐射能量谱形状因子和相干谐波辐射表达式,用此表达式讨论了不对称光学速调管的相干谐波辐射;对于合肥储存环相干谐波自由电子激光,提出了一个不对称光学速调管相干谐波辐射的研究方案,并且作了详细的计算,结果表明在较高的电子束能量下,调整光学速调管和外激光参数,使辐射段波荡器的辐射基波与外激光的二次谐波共振,进行相干谐波产生实验,能获得109量级相干加强因子。     

储存环相干谐波自由电子激光器新光学速调管工作状态分析

合肥国家同步辐射实验室（NSRL）正在开展储存环相干谐波自由电子激光研究,为了在较高电子束能量下进行实验、且具有较高的相干辐射强度,光学速调管从原来的对称结构改造为非对称结构。分析了相干谐波实验中各参数之间的关系,及对相干谐波辐射的影响,并给出了两种工作状态下的最佳工作参数。     

合肥储存环相干谐波自由电子激光研究方法的改进

 根据简单的计算模型,导出辐射能量谱形状因子和相干谐波辐射表达式,用此表达式讨论了不对称光学速调管的相干谐波辐射;对于合肥储存环相干谐波自由电子激光,提出了一个不对称光学速调管相干谐波辐射的研究方案,并且作了详细的计算,结果表明在较高的电子束能量下,调整光学速调管和外激光参数,使辐射段波荡器的辐射基波与外激光的二次谐波共振,进行相干谐波产生实验,能获得10⁹量级相干加强因子。     

储存环相干谐波自由电子激光器新光学速调管工作状态分析

 合肥国家同步辐射实验室（NSRL）正在开展储存环相干谐波自由电子激光研究，为了在较高电子束能量下进行实验、且具有较高的相干辐射强度，光学速调管从原来的对称结构改造为非对称结构。分析了相干谐波实验中各参数之间的关系，及对相干谐波辐射的影响，并给出了两种工作状态下的最佳工作参数。     

储存环自由电子激光相干谐波实验的同步系统

为了获得短波长自由电子激光(FEL),可以使储存环中的相对论性电子与外加强激光脉冲在光学速调管中充分耦合,从而产生高次谐波的相干辐射。为使耦合充分,必须使电子束团与激光脉冲在时间和空间上完全同步。其中空间上的同步可通过调节外激光的光路来实现,给出了实现时间上同步的一种方案。     

储存环自由电子激光相干谐波实验的同步系统

 为了获得短波长自由电子激光(FEL),可以使储存环中的相对论性电子与外加强激光脉冲在光学速调管中充分耦合,从而产生高次谐波的相干辐射。为使耦合充分,必须使电子束团与激光脉冲在时间和空间上完全同步。其中空间上的同步可通过调节外激光的光路来实现,给出了实现时间上同步的一种方案。     

光学速调管改造后辐射段磁场垫补和测量

合肥国家同步辐射实验室正在开展储存环相干谐波自由电子激光研究,并对原来的光学速调管进行了改造。磁场的垫补和测量方法由原来的整体测量改为分段进行,垫补的使用使各段积分场及位相误差都尽可能小。详述了合肥储存环的光学速调管辐射段磁场垫补的三种方式,测量了垫补前后不同间隙下积分场分布、位相误差及横向均匀度,各项指标都达到了要求。同样的方法将用于色散段和调制段磁场垫补与测量中,为相干谐波自由电子激光研究提供实验保障。     

混沌干扰中基于同步挤压小波变换的谐波信号提取方法

针对混沌干扰背景下多个谐波信号的提取问题, 提出了一种基于同步挤压小波变换(SST)的谐波信号抽取方法. 首先利用SST将混沌信号和谐波信号组成的混合信号分解为不同的内蕴模态类函数, 然后利用Hilbert变换对分离出的内蕴模态类函数进行频率识别, 从中分离出各谐波信号. 以Duffing混沌背景为例, 对混沌干扰下多谐波信号的提取进行了实验分析. 实验结果表明: 对于不同频率间隔的多个谐波分量, 本文方法的提取结果都具有较高的精度, 而且所提方法对高斯白噪声的干扰具有较好的鲁棒性, 综合提取效果优于经典的经验模态分解方法.     

扬声器辐射体旋转薄壳的谐波失真

研究了扬声器辐射体旋转薄壳几何非线性引起的谐波失真。采用摄动法和有限元法确定了2次和3次谐波振型,计算了薄壳材料参数和几何参数对谐波失真的影响。结果表明扬声器薄壳谐波失真的机制是分割振动模态的基波共振和超谐波共振,以基波共振为主。采用高阻尼、大杨氏模量和低密度的振膜材料可以降低振膜谐波失真;厚度对谐波失真的峰值影响不大;锥壳半顶角过大,可使3次谐波明显增大。     

Harmonic signal extraction from noisy chaotic interference based on synchrosqueezed wavelet transform

For the harmonic signal extraction from chaotic interference, a harmonic signal extraction method is proposed based on synchrosqueezed wavelet transform(SWT). First, the mixed signal of chaotic signal, harmonic signal, and noise is decomposed into a series of intrinsic mode-type functions by synchrosqueezed wavelet transform(SWT) then the instantaneous frequency of intrinsic mode-type functions is analyzed by using of Hilbert transform, and the harmonic extraction is realized. In experiments of harmonic signal extraction, the Duffing and Lorenz chaotic signals are selected as interference signal, and the mixed signal of chaotic signal and harmonic signal is added by Gauss white noises of different intensities.The experimental results show that when the white noise intensity is in a certain range, the extracting harmonic signals measured by the proposed SWT method have higher precision, the harmonic signal extraction effect is obviously superior to the classical empirical mode decomposition method.     

Single-atom-response to a Partially Coherent Intense Laser Field

Ｓｉｎｇｌｅ┐ａｔｏｍ┐ｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏａＰａｒｔｉａｌｙＣｏｈｅｒｅｎｔＩｎｔｅｎｓｅＬａｓｅｒＦｉｅｌｄＨＵＳｕｘｉｎｇＸＵＺｈｉｚｈａｎ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃ...     

简谐速度噪声与简谐噪声环境中谐振子的动力学共振

通过求解简谐势场中的广义量子朗之万方程，得到平均能量的精确表达式.由于简谐速度噪声与简谐噪声功率谱的不同特点，两种内部噪声驱动的谐振子在简谐外力的作用下具有不同的共振特征.这些特征可用来检验两种噪声.     

双色反向旋转圆偏振激光场下氩原子高次谐波的产生

通过二阶分裂算符法数值求解了二维含时薛定谔方程,研究了双色反向旋转圆偏振激光场作用下氩原子的高次谐波的产生.研究表明,双色反向旋转圆偏振激光场的幅值比对高次谐波发射的效率有较大影响,当幅值比为1.4时高次谐波的发射效率最高,并应用时频分析方法、经典三步模型以及利萨茹图形等解释了高次谐波发射的物理机制.研究了不同幅值比情况下谐波场的旋转偏振特性,发现对不同频段的谐波谱的电场进行叠加,谐波场的偏振特性随幅值比的不同而发生变化,但谐波场的旋向性与入射激光脉冲的旋向性相同,不受幅值比变化的影响.     

Experimental verification of the mechanisms for nonlinear harmonic growth and suppression by harmonic injection in a traveling wave tube

Understanding the generation and growth of nonlinear harmonic (and intermodulation) distortion in microwave amplifiers such as traveling wave tubes (TWTs), free electron lasers (FELs), and klystrons is of current research interest. Similar to FELs, the nonlinear harmonic growth rate scales with the harmonic number in TWTs. In klystrons, the wave number scaling applies to the nonlinear harmonic bunching and associated nonlinear space-charge waves. Using a custom-modified TWT that has sensors along the helix, we provide the first experimental confirmation of the scaling of nonlinear harmonic growth rate and wave number in TWTs. These scalings of a nonlinearly generated harmonic mode versus an injected linear harmonic mode imply that suppression by harmonic injection occurs at a single axial position that can be located as desired by changing the injected amplitude and phase.     

线偏振激光场中分子高次谐波椭偏率的调控

高次谐波椭偏率的调控为人们研究磁性材料和手性介质中的超快动力学过程提供了有效途径.本文理论研究了线偏振激光脉冲驱动下,H₂~+和H₃²⁺分子高次谐波的偏振特性及阿秒脉冲产生.结果表明当取向角为0~o时,H₂~+分子谐波的椭偏率几乎为0,而H₃²⁺分子谐波具有较大椭偏率,这是由于分子轨道对称性决定的.通过改变取向角的大小,可以调控高次谐波强度以及谐波椭偏率大小,为产生椭偏XUV脉冲提供了手段.同时,发现椭偏率较大的谐波阶次对应的谐波强度较小,分析表明分子的双中心干涉效应对椭偏率有很大的影响.对于H₂~+和H₃²⁺分子,分别合成了椭偏率为0.75和0.55的椭圆偏振阿秒脉冲.这种大椭偏XUV脉冲的产生为高次谐波在材料与生物科学领域提供了重要应用.     

Resonant third harmonic generation of a short pulse laser in plasma by applying a wiggler magnetic field

We examine the effect of wiggler magnetic field on pulse slippage of short pulse laser-induced third harmonic generation in plasma. The process of third harmonic generation of an intense short pulse laser in plasma is resonantly enhanced by the application of a magnetic wiggler. The laser exerts a ponderomotive force at second harmonic driving density oscillations. The second harmonic oscillations coupled with electron velocity at the laser frequency, produces a non-linear current, driving the third harmonic. Third harmonic pulse generates in the fundamental pulse domain. However, the group velocity of the third harmonic wave is greater than the fundamental wave. Hence, the third harmonic pulse saturates strongly and moves forward from the fundamental pulse at shorter distance than the second harmonic pulse.     

利用半周期激光场调控H_2~+谐波辐射过程

采用数值求解核与电子耦合的薛定谔方程,对H_2~+分子谐波辐射调控进行了研究.计算结果表明,激光场正向时,谐波能量主要来源于负向H核贡献;激光场负向时,谐波能量主要来源于正向H核.随后,通过适当引入半周期激光场,可以有效调节正负H核辐射谐波的强度.最后,适当叠加谐波谱上的谐波,可获得一个46 as的脉冲.该研究对调控分子谐波的辐射过程及阿秒脉冲的输出是有帮助的.