毫米波圆柱波导自由电子激光放大器的数值模拟

本文以单粒子理论为基础，在不计空间电荷效应的近似条件下推导了带轴向引导磁场的三维圆柱波导非线性模拟方程组。用CAGFEL程序计算、分析了在带入口区、常数摇摆器条件下两组不同物理参数的自由电子激光放大器的物理模型。计算结果可靠，物理图象合理。对于其中的第二组参数还着重考查了光波频率、输入功率和摇摆器场振幅改变对输出功率和效率的影响。上述这些计算结果对0．7MeV 自由电子激光放大器的设计和实验具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

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。     

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。     

自由电子激光同步振荡边带超辐射的数值模拟研究

给出了描述自由电子激光同步振荡边带超辐射的方程组和它的解法,用编制的数值计算程序,对系统进行数值模拟研究,给出边带超辐射的频率和功率的定量结果,并证明在边带辐射中诱导辐射仍是主要的。     

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。     

Hybrid Planar Wiggler with a Period of 2 cm for Higher Harmonic FEL Lasing

A hybrid planar wiggler with a period of 20 mm has been studied as the simplest one which gives the strong field including some higher harmonic components by selecting proper sizes of the ferromagnetic and the permanent magnet. Small gap length of the wiggler and small width of permendur satisfy these conditions to a certain degree.Gain analysis of FEL suggests that for high wiggler field of K>1 1.6, higher harmonic gains are improved primarily due to its strong field, and for low wiggler field of K< 1 1.6, they are mainly due to the modification of the wiggler field distribution.     

虚阴极振荡产生高功率微波的粒子模拟

独立研制了一个柱对称、非周期边界12/2维相对论性电磁模粒子模拟程序。用它研究了强相对论电子束射入一端封闭、一端开口的波导管所产生的虚阴极振荡和激发的高功率微波。得到了清晰、合理的物理图象,虚阴极振荡频率符合(1～2π~(1/2)ω_(peb)的经验规律。激发微波的效率可高达10％。此外,通过模拟计算,研究了辐射频率、辐射效率与外加导引磁场、电子束流强度、电子束能量和电子束半径的依赖关系。得到了一些合理而有价值的规律。     

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。     

环形束超辐射自由电子激光实验

本文叙述了1987年10月我们用500keV.1kA环形电子束进行的喇曼型自由电子激光(FEL)实验。空芯石墨阴极发射的环形电子束外径4cm,在轴向磁场引导下通过内径5.2cm的不锈钢漂移管,束厚0.1cm。互作用区由空间周期长度λ_w=2cm的双螺旋线摇摆器组成,进出端均为绝热过渡。测量到10MW的32GHz微波辐射,效率为1.6％。输出功率与互作用区长度的关系表明辐射增长率为2dB/cm。用波导色散线和带通滤波器测量到辐射频率在27-38GHz间可调。     

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。     

曙光一号自由电子激光器(FEL)电子束发射度的分析

对曙光一号自由电子激光装置电子束发射度的测量值进行了深入的分析。严格地计算了不同发射度的束流在摇摆器内的传输,计算了发射度对激光功率的影响。由此得出,曙光一号自由电子激光器可以省去9米长的束流选择段。     

虚阴极振荡激励高功率微波的数值模拟

模拟了轴对称虚阴极振荡器产生微波的过程。根据实验装置的特点,建立了理想的物理模型。从物理学的基本规律出发,用CIC方法编制了二维空间、三个动量分量的2 1/2维、全电磁、相对论性的数值模拟程序。选择柱状电子束进行模拟,获得了正确的计算结果和清晰的物理图象,并对计算结果作了分析。