软X射线自种子自由电子激光设计与新原理研究

发布时间：2021-01-20 23:06

　　近年来高增益自由电子激光（FEL）的主要发展方向是产生高功率、超短脉冲、高重复频率、全相干的X射线,使得FEL能够在生命、材料、化学、医药、能源、环境等领域能够得到更广泛的应用。自放大自发辐射（SASE）是现有的FEL装置中最常见的运行模式,已经能够稳定的产生高功率、短波长、横向相干的辐射脉冲,但SASE起源于电子噪声,这导致SASE辐射脉冲的纵向相干性较差、辐射脉冲能量抖动较大。为了改善SASE FEL纵向相干性,一系列新型的FEL运行模式被提出,其中外种子谐波放大模式受到了人们广泛的关注,但是受制于谐波转换次数,这些模式目前只能产生波长在4nm以上的相干辐射。自种子（Self-seeding）FEL模式的提出为全相干X射线FEL的产生提供了可行的技术路线,目前已经实验验证了该方案的可行性,但软X射线self-seeding实验结果表明,该运行模式还存在着波长覆盖范围窄和光谱边带较大等一系列问题。我国即将建设的上海硬X射线FEL装置（SHINE）将软X射线self-seeding模式作为基本的运行模式,用于产生覆盖X射线波段的全相干FEL。本论文基于在建的软X射线装置（SXFEL）和... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

谐振型FEL工作原理

自放大自发辐射及相关运行模式SE [16,41,42]是最早提出，也是结构最简单的高增益 FEL 运行模式工作原理如图 1.2 所示，电子束由直线加速器加速到所需的电子能电子束团通过长的波荡器，在该过程中最初的电子噪声被逐渐放大，随着辐射光与电子束相互作用，辐射光被逐渐放大并最终达到饱E FEL 是目前世界上高增益装置 FEL 装置中最常用的 FEL 运行模为 SASE 具有很多优点，包括结构简单、易实现、高峰值功率、横向续可调等。但是由于 SASE FEL 起源于电子噪声，具有一些固有缺：能量抖动、中心波长抖动、纵向相干性差等。为克服 SASE 的这些的 FEL 模式被提出。基于 SASE 进行改进的运行模式，如 eSASE、iSE[62-64]，这些方案可以改善 SASE 的辐射特性,但这些方案的可靠验证。

图 1. 3 直接 seed FEL 工作原理此一些基于谐波辐射的外种子 FEL 运行模式被相继提出，最早提出大器（HHG）模式[66-68]。为了进一步提高谐波转换次数，著名的放大（HGHG）[69,70]和回声增强型谐波放大（EEHG）[71-72]方案，这些运行模式能够有效的产生短波长的全相干的 FEL 输出。HGH BNL 的余理华教授提出的[66]，其原理图如图 1.4 所示，其可以解子束首先被送入调制器与种子激光相互作用，当电子束满足共振条件种子激光对应的能量调制，然后电子束经过 chiane 使能量调制转化为也就说在电子束中形成与种子激光相对应的 bunching 信号。然后ng 的电子束送入辐射波荡器中产生辐射，通过调节波荡器强度使电子的共振条件，电子束就会产生种子激光的谐波辐射，谐波信号被放大饱和。HGHG 方案拓宽了外种子激光运行模式的辐射波长范围，但

【参考文献】：
博士论文
[1]高增益自由电子激光微束团的产生与应用研究[D]. 王震.中国科学院研究生院(上海应用物理研究所) 2016



本文编号：2989950