横向梯度波荡器研究

发布时间：2017-06-03 19:07

  本文关键词：横向梯度波荡器研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自由电子激光是使自由电子的电磁辐射受激放大的新一代强相干辐射光源。自由电子激光可以工作在通常激光到达不了的波段,其峰值亮度高十个量级,平均亮度高两个量级以上,其波长连续可调、工作范围宽,高功率高效率,辐射相干性好,时间结构可控,成为了近年来国内外研究的热点。其中,波荡器是自由电子激光器的核心组件,可为电子和光电场之间的相互作用提供横向周期静磁场。在这种背景下,本文围绕波荡器展开工作。根据实际需求,本文工作主要是对横向梯度波荡器和聚焦波荡器两大部分进行研究。本文对自由电子激光的基本原理、发展趋势和波荡器的物理特性进行了回顾和总结,并对课题开展的背景跟相关数值模拟软件进行了介绍。对横向梯度波荡器进行了研究分析。横向梯度波荡器可用于电子束能散较大的情况。经典横向梯度波荡器通常是通过倾斜波荡器的磁极面和磁块端面得到具有横向梯度的磁场。本文中,设计了新的磁块和磁极结构,通过倾斜磁块背面、磁极背面或者将磁块磁极做成楔形等,提出了新的横向梯度方案。理论分析并模拟计算了各方案磁块和磁极的倾斜角对横向梯度的影响,并对比各方案的横向梯度随中心间隙周期比的变化情况。结果表明,将磁极面、磁极背面倾斜或将磁块和磁极做成横向楔形等方法可以得到适用的横向梯度；若在磁极面已倾斜的基础上将磁极背面同步倾斜,或者在楔形波荡器的基础上将磁极面或磁极背面同步倾斜,将会得到更大的横向梯度。此外,理论分析了横向梯度波荡器的适用范围,同时,还利用B2E软件计算了电子束的偏转效应。对横向聚焦波荡器进行了研究分析。横向聚焦波荡器可用于电子束能量较低、β函数较小的情况。讨论了几种改变磁块和磁极几何形状的横向聚焦波荡器,这些方案均基于永磁块面、磁极面的交替倾斜,以产生横向场梯度用于聚焦电子束,分别是磁极背面交替倾斜,磁块矩形、磁极面交替倾斜,磁块面磁极面对称交替倾斜,磁块面磁极面不对称交替倾斜等。使用RADIA软件分别对不同结构波荡器方案的横向磁场进行模拟计算,并分析了各方案横向聚焦特性的变化,并进行相互比较。结果表明,磁块面磁极面不对称交替倾斜波荡器方案的相应场聚焦梯度强度最优,若在此基础上将磁极背面同步倾斜,会得到更强的聚焦效果。选取了横向聚焦特性最优的波荡器,并详细研究了其主要性能以及主要参数对聚焦特性的影响。另外,这一类型横向聚焦波荡器结构简单,工艺难度低。最后,根据已有的数据结果得出了一些有意义的结论。
【关键词】：自由电子激光 混合型波荡器 楔形波荡器 横向梯度 聚焦参数
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248.6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 自由电子激光简介11-12
• 1.2 国内外发展现状与趋势12-16
• 1.3 课题背景16
• 1.4 相关软件介绍16-17
• 1.5 论文工作的主要内容17-19
• 第2章 波荡器简介19-31
• 2.1 波荡器的分类19-21
• 2.2 波荡器的磁场21-27
• 2.3 波荡器内电子的运动轨迹27-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 横向梯度波荡器研究31-55
• 3.1 引言31
• 3.2 横向梯度波荡器简介31-33
• 3.3 磁块面磁极面倾斜方案33-40
• 3.3.1 模拟计算与理论分析33-38
• 3.3.2 适用范围38
• 3.3.3 偏转效应38-40
• 3.4 磁块或磁极背面倾斜方案40-43
• 3.4.1 磁块背面倾斜方案40-41
• 3.4.2 磁极背面倾斜方案41-43
• 3.5 磁极上下两面同时倾斜方案43-45
• 3.6 横向楔形方案45-51
• 3.6.1 横向楔形方案的数值模拟与优化设计45-48
• 3.6.2 横向楔形磁极背面倾斜方案48-50
• 3.6.3 横向楔形磁极面倾斜方案50-51
• 3.7 各方案对比51-53
• 3.8 本章小结53-55
• 第4章 横向聚焦波荡器研究55-83
• 4.1 横向聚焦波荡器简介55-57
• 4.2 磁极背面交替倾斜、磁块矩形方案57-61
• 4.3 磁极面交替倾斜、磁块矩形方案61-65
• 4.4 磁块面磁极面对称交替倾斜方案65-69
• 4.5 磁块端面、磁极面不对称交替倾斜方案69-76
• 4.5.1 磁极背面不倾斜69-73
• 4.5.2 磁极背面同时倾斜73-76
• 4.6 各方案的对比76-82
• 4.7 本章小结82-83
• 第5章 工作总结及展望83-87
• 参考文献87-89
• 致谢89-91
• 在读期间发表的学术论文91

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 秦付平;梁义宁;;利用小磁块演示机械波的实验设计[J];物理教学;2009年11期

2 陈念,何多慧,李格,贾启卡,张鹏飞,徐宏亮,蔡根旺;用模拟退火法进行纯永磁波荡器磁块组合优化[J];强激光与粒子束;2005年01期

3 邓德荣;闫陇刚;张浩;;THz自由电子激光波荡器工程设计[J];强激光与粒子束;2013年S1期

4 何永周;张继东;周巧根;钱珍梅;黎阳;;上海光源首批波荡器永磁块研制[J];强激光与粒子束;2010年07期

5 贾启卡,姚成贵,张善才,刁操政,徐洪亮,卢绵凌;NSRL二期工程新建波动器永磁块测量[J];中国科学技术大学学报;2002年01期

6 李格,何多慧,张鹏飞,周银贵,陈念,刘金英;混合型波荡器的3维优化[J];强激光与粒子束;2004年08期

7 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 秦斌;谭平;裴元吉;樊明武;;THz源混合型波荡器的数值模拟[A];第三届全国加速器技术学术交流会论文摘要集[C];2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李佳玉;横向梯度波荡器研究[D];中国科学技术大学;2016年

  本文关键词：横向梯度波荡器研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：418965