振荡器自由电子激光输出性能研究

发布时间：2022-01-03 15:35

　　自由电子激光凭借其所具有的高功率、辐射相干、波长连续可调等特点而被越来越被多的科研工作者认可,逐渐成为一种被广泛使用得光源,因而提升自由电子激光的输出性能也成为了当前机器研究的热点。振荡器型自由电子激光以其造价低廉、对束流品质要求低等特点而成为红外波段自由电子激光装置的主要工作模式并在世界各地得以如雨后春笋般建设运行,我国也在合肥建设了第一台红外自由电子激光用户装置——FELiCHEM。本文主要围绕振荡器型自由电子激光进行研究,探索提高光源输出特性的方法,从而更好地满足用户需求。我们研究了振荡器FEL中的光场饱和机制并探讨了提高电子能量提取效率的方式。光场饱和后应用锥化波荡器是提升电子能量提取效率的有效方案,但在多程放大的振荡器FEL中,很难在宏脉冲时间内完成波荡器锥化率的调节,因而我们研究了小锥化率波荡器在振荡器FEL中应用的可能性。在线性近似下我们给出了电子与光场的相互作用方程,并通过数值计算得到了增益随锥化率的变化曲线,对此我们讨论了小锥化率的范围,研究表明在合适的波荡器小锥化率条件下可以获得更高的光场饱和输出能量,之后我们还给出了该方案在FELiCHEM装置中的应用。由于小锥化... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２带电粒子的福射功率分布：ａ）中是在ｉ＞丨丨ｙ的情形下，ｂ）中是ｉ＞丄ｐ的情形下??

生可见光波长的非相干福射；其后Ｈａｎｓ?Ｍｏｔｚ于１９５３??年在斯坦福高能物理实验室（ＨＥＰＬ）中第一个证实了该效应，他也从理论上证??明了在行波管中注入的信号可以被放大。１９６０年，Ｐｈｉｌｌｉｐｓ设计了一个Ｕｂｉｔｒｏｎ装??置，利用低能电子束注入波导结构，通过和Ｍｏｔｚ同样的磁场装置，产生了功率??为１００?ｋＷ的毫米波电磁辐射［Ｍ］。１９７１年Ｊｏｈｎ?Ｍａｄｅｙ根据量子理论提出了自??由电子激光的理论，于１９７６年实现了?１０．６ｐｍ的增益放大，并于１９７７年建成了??如图１．３所示的世界上第一台ＦＥＬ装置［８＿９］。??ＨＥＬＩＣＡＬ?ＭＡＧＮＥＴ??（３．２?ｃｍ?ＰＥＲＩＯＤ）?４３?ＭｅＶ?ＢＵＮＣＨＥＯ??＾?？?一???ＥＬＥＣＴＲＯＮ??ｐ－、：、ｐｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｏｘ｜—－：二＾?ＢＥＡＭ??ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ?Ｈ?５．２?ｍ?Ｈ?＾－ＲＥＳＯＮＡＴＯＲ??ＭＩＲＲＯＲ?ＭＩＲＲＯＲ??？?Ｉ２．７ｍ????图１．３?Ｊｏｈｎ?Ｍａｄｅｙ用３．４?｜ｉｍ波长激光的振荡器ＦＥＬ装置??自由电子激光由于其极强＿功率和相干特性，在最初的时候曾是“星球大??战”计划的一部分，与军事国防等有着紧密的联系，被作为激光武器的有利备选??而得到了各国的重视Ｐ，１Ｃ）Ｉ。随着冷战的结束，ＦＥＬ由于其在民用方面的巨大发展??潜力和应用前景，各地的科研单位都投入了大量的人力和物力进行发展研究，其??相关技术在科研、工业等领域取得了长足的进步，因而ＦＥＬ装置得以如雨后春??笋般在各地建设运行，目前ＦＥＬ发展的主要方向是高功率、短波长以及应用小??型化叫。??在高功率、短波长方

３．６?？２３?ｐｍ?ｌｉｎａｃ??Ｎｏｖｏｓｉｂｉｒｓｋ?ＦＥＬ?Ｒｕｓｓｉａ?５?？２４０?｜ｉｍ?ＥＲＬ??．?ｔｌｅｃｔｒｕｎ?ｂｕｎｃｈ?ｙ９??Ｃｌｅｃｉｒｏｎ?ｂｕｎｃｈ????？?ｌｉｍｉｌｌｌｌ?ｒ，?．?＾??１；?１?ｔｉｆ??Ｒａｎｄｏｍ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｐｈａｓｅ：?Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ?ｂｕｎｃｈｅｄ?ａｉ??ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ：??ｃｏｌｉｃｒｅｎｌ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ??图１．４振荡器型自由电子激光结构示意图??６??


本文编号：3566524