红外自由电子激光装置从头至尾模拟分析

发布时间：2020-11-21 03:10

　　 "基于可调红外激光的能源化学大型实验装置"(FELiCHEM)是中国科学技术大学国家同步辐射实验室正在研制建造的一台红外自由电子激光装置,该光源具有同类装置的国际先进水平,波长连续可调,波段覆盖中红外到远红外,脉冲结构可控,能够长期稳定运行,建成后将可以驱动五个面向能源化学基础研究的实验站。该大型实验装置也将是国内首套红外自由电子激光用户装置,它将不仅满足能源化学研究的迫切需求,还将填补国内红外电子激光方面的空白,使我国在低增益FEL振荡器装置研究方面达到国际先进水平。电子束团在整个光源装置里的运动过程是很复杂的,电子束团在电子枪产生,经加速管加速以及输运线传输,进入波荡器产生FEL辐射。为了获得尽量高的FEL功率,波荡器入口的电子束在能量、能散、流强和发射度等参数上需满足FEL设计要求。本文在FEL要求和电子枪模拟计算提供的束流参数基础之上设计了光源的LATTICE,并通过数值跟踪模拟计算验证了相关设计。本文在调研相关背景基础上,采用MADX程序,通过参数的优化,得到一种可行的Lattice结构。并采用国际上比较通用的几种程序对装置的各个部分分别进行模拟分析,整个装置系统被分为三个部分来模拟分析:注入器部分:包括注入系统、补偿线圈以及一个加速段;直线与输运线:磁压缩部分、一个加速段和束流匹配部分;FEL:波荡器与谐振腔。在具体的计算中,注入器利用PARMELA,Linac 采用 ELEGANT,FEL 采用 GENESIS 和 OPC,前一个程序运行的结果输入到下一个程序中从而实现从头至尾的模拟计算。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL503.3
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 自由电子激光特点
    1.2 自由电子激光分类
    1.3 本红外项目解决的科学问题
        1.3.1 红外项目选题依据
        1.3.2 光检测应用
        1.3.3 光解离应用
        1.3.4 光激发应用
        1.3.5 红外自由电子激光优势
    1.4 国际红外自由电子激光装置
第2章 自由电子激光基本理论
    2.1 自由电子激光共振关系
    2.2 波荡器能量耦合功能
    2.3 相对论电子在波荡器中的自发辐射
    2.4 波荡器中电子和激光的相互作用
    2.5 低增益自由电子激光
    2.6 自由电子激光三维理论
        2.6.1 自由电子的回旋加速运动
        2.6.2 电子束发射度和亮度
        2.6.3 电子束包络方程
    2.7 振荡器型自由电子激光光场
    2.8 振荡器自由电子激光
        2.8.1 光学谐振腔的设计要点
        2.8.2 振荡器FEL关键问题
        2.8.3 中红外光学谐振腔
        2.8.4 中红外振荡器性能
第3章 IR-FEL Lattice优化设计
    3.1 IR-FEL性能指标
    3.2 电子束设计预期
    3.3 横向聚焦系统参数及优化
    3.4 中红外横向聚焦系统
    3.5 远红外横向聚焦系统
第4章 Start-to-end模拟分析
    4.1 电子枪到加速管1（A1）部分的模拟
    4.3 中红外FEL模拟分析
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
在读期间发表论文情况
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 李和廷;贾启卡;张善才;王琳;杨永良;;Design of FELiChEM, the first infrared free-electron laser user facility in China[J];Chinese Physics C;2017年01期

2 谢家麟;电子-光子相互作用的应用与自由电子激光的发展[J];中国科学院研究生院学报;2002年01期

本文编号：2892432