PKU-FEL设计的初步考虑

北京大学在其超导加速器装置PKU-SCAF的基础上将建成一个红外自由电子激光实验平台PKU-FEL。它可以提供高稳定度、高平均功率、高谱纯度、ps脉冲的自由电子激光。给出了PKU-FEL的初步设计方案。     

近轴光场演化的计算——惠更斯变换

对于远红外自由电子激光使用的大尺度（10m量级）准同心光腔,由于短脉冲效应严重影响功率演化,光束团的数值模拟必须同时考察时域-空域中的演化,因此计算量是巨大的。为了缩小计算量但又不失精确度,发展了一种称为“惠更斯变换”的公式,它以简单的类似基尔霍夫-费涅尔公式的积分运算精确地重现了波荡器之外的光束团演化。     

合肥电子储存环上新旧高频腔的尾场及耦合阻抗的计算

合肥800MeV电子储存环的二期升级工程正在进行,其中高频腔的改造和加工将要完成,由于原有高频腔存在较多不合理因数,将要被新腔所替换。为了充分估计在将来运行时,高频腔的耦合阻抗对储存高流强的影响,需要对新旧高频腔宽带耦合阻抗进行比较计算。用电磁场计算软件MAFIA对高频腔的耦合阻抗及电子束在此结构中产生的尾场进行了计算,结果说明旧高频腔的耦合阻抗比新高频腔小。     

异型头部弹体增强侵彻性能机理研究

为了了解理想刚性弹丸的高速/超高速动能侵彻中弹体头部形状对侵彻能力的影响,在空腔膨胀理论基础上,基于双卵形异型头部设计,分析了头部形状系数与双卵形特征参数的依赖关系,得到了不同异型头部弹体对侵彻性能的影响规律,提出了具有较小侵彻阻力的异型头部侵彻体设计方案。与不同头部侵彻实验结果对比表明,本文的分析方法合理可行,可为高速侵彻体头部形状设计提供参考。

     

双微波馈入热阴极微波电子枪实验研究

中国工程物理研究院紧凑型自由电子激光太赫兹源装置采用了两路微波独立调谐热阴极微波电子枪作为注入器,一路由首腔馈入激励首腔和实现阴极表面建场并引出电子,另一路由后续腔馈入并通过腔间耦合激励各腔,两路微波互不耦合。对于这种微波激励方式,微波电子枪首腔的电场相位和幅度在实验中均可调节,因此可以通过实验研究来优化微波电子枪的工作参数,从而减小热阴极微波电子枪的电子反轰效应,提高束流品质。介绍了该热阴极微波电子枪热测实验研究的最新结果,通过BCT测得微波电子枪出口处束流强度超过400 mA,电子反轰效应随着首腔电场的相位和幅度调节发生显著变化,这些指标和实验现象与理论研究结果较为吻合。     

S波段束流相位探测腔与偏心式波导耦合预聚束器的设计

设计了工作于S波段的波导耦合型预聚束器和束流相位探测腔。为了增加功率容量,预聚束器采用波导耦合机制代替了传统的同轴耦合环耦合,而偏心圆结构的设计能够补偿因耦合窗口的引入导致的径向电场不对称,进一步改善了强流束流品质。预聚束器设计指标与测试结果：耦合系数1.73,空载品质因数2195,腔体谐振频率的可调范围为2 854.55~2 856.9 MHz。为实现测量束流相对射频脉冲的时间,进行强流输入功率补偿,选择了能够在线进行束流相位实时测量的束流相位探测腔,采用旋转对称结构,并通过两个同轴耦合环提取束流通过时激发的感应信号,作为直线相控系统的参考信号。束流相位探测腔设计与测试结果：空载品质因数2392,3 dB带宽为2.05 MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45 MHz。所有器件的仿真设计与测试结果基本一致。     

非线性传输线数值模拟方法

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为。根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30 kV时获得了频率303 MHz、峰峰值不小于40 kV的高压射频脉冲输出。     

光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的测量及其特性分析（英）

为研究光反馈腔衰荡光谱技术中纹波效应的产生机理,基于所建立的腔长为49.1 cm的V型微晶玻璃衰荡腔在不同环境、不同光谱范围所测得的腔损耗谱,利用数据处理方法详细分析并讨论纹波效应的周期和振幅等典型特征。分析认为,纹波效应呈现出明显的部分干涉特点,光谱纹波的周期和振幅特性分别受折叠腔结构和折叠腔镜表面污染状态影响,而与光谱扫描区域关系不明显;这表明纹波效应主要来源于折叠腔镜表面散射场的部分干涉效应。     

新型高效率虚阴极振荡器

结合低磁场返波管振荡器和虚阴极振荡器的优点,设计了一个具有较高效率的虚阴极振荡器,通过添加半反射腔,使虚阴极在由阳极箔、波导和半反射腔组成的准谐振腔内形成,实现器件的高效率、高功率运行。当电子能量和束流分别为480 keV和23 kA时,采用2.5维粒子模拟(PIC)程序模拟得到频率为3.7 GHz、功率为2.6 GW的微波输出,器件束波转换效率约为23%。     

连续波DF化学激光器光斑上下游光谱测量

通过分析非稳腔DF化学激光器光腔内激光路径特性,指出非稳腔DF化学激光器输出光斑上下游光谱振荡路径不同导致输出光谱存在一定差异。试验测量了一台连续波DF化学激光器光斑上下游光谱,结果表明：非稳腔DF化学激光器光斑上下游光谱主要谱线成分未见显著差异;光斑上下游谱线相对强度存在一定差异;光斑上游各谱带相对强度最大值谱线转动量子数趋向于各谱带低转动量子数方向。根据实测光谱,对光斑上下游光谱所表征光腔温度和相对粒子数范围进行了估算,得到光腔上游平均温度要低于光腔下游平均温度。