基于横向梯度波荡器的束流物理和自由电子激光物理的相关研究
发布时间：2022-01-01 11:19
近年来,基于传统射频加速器的自由电子激光已经发展得相当成熟。相比于第三代同步辐射光源,自由电子激光能够产生功率更高、相干性更好、时间结构精确可控的短波长辐射脉冲,这为生物、化学、材料科学等诸多研究领域提供了革命性的研究工具。随着基础科研用户对光源性能的需求的不断提升,当前自由电子激光还在朝更高的峰值亮度、更短波长、超短脉冲和高重复频率等方向发展。然而,基于常规加速技术的自由电子激光装置的规模通常非常庞大,其长度往往会达到千米的量级,相应的造价也非常高,这给自由电子激光的普及和广泛应用造成了极大的困难,因而目前自由电子激光发展的另外一个重要方向是小型化和台面化。激光等离子体加速作为一种新兴的加速技术可以在非常短的加速距离内产生高能量的电子束,且电子束天然地具有高峰值流强、短脉冲和低发射度等优点,这为实现紧凑型自由电子激光提供了一种非常有潜力的方向。受到电子束本身较大的初始能散和大发散角等问题的限制,目前基于激光等离子体加速器还难以产生自由电子激光。为克服激光等离子体加速器大能散的缺点,人们于近些年相继提出了多种方案,其中采用横向梯度波荡器的方法巧妙地降低了波荡器辐射对电子束能散的敏感度,...
【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】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?Ｊ．?Ｍａｄｅｙ提出的自由电子激光放大实验装置［２０］??，
?中国科学院博士学位论文一基于横向梯度波荡器的束流物理和自由电子激光物理的相关研究而高增益机制则生要工作在紫外到硬Ｘ射线波段。??１．２．１?低增益ＦＥＬ??低增益ＦＥＬ，即辐射来对电子束的纵向空间分布产生明＆影响，辐射功率没有到指数增益标准，典型以带有反射镜的光学谐振腔ＦＥＬ为代表［７２，７３］。其工作原理图１．３所示，单次通过波荡器的电子束团产生的自发福射，不断被光学谐振腔反射后继的电子束在波荡器中相互作用，使得＾＾自发福射不断累积并放大，最终达到饱出。振荡器型ＦＥＬ是对辐射光的多次共振放大，单次辐射增益只需要强于福射光振腔中的反射损耗，因此这种方式的ＦＥＬ装置相对简单，所要求的波荡器较短，对束的品质要求也不是很高＊但是，受限于没有合适材料的谐振腔反射镜对紫外到Ｘ波段的反射的难题，低增益ＦＥＬ机制主要ｉ作在红外波段，难以向短波长方向发展。????Ｕｎｄｕｌａｔｏｒ?Ｍｉｒｒｏｒ??
，，大于“傅里叶转换极限”的辐射带宽。??为了提高ＳＡＳＥ模式的纵向相干性，大量基于ＳＡＳＥ的新运行机制被不断提出，中最主要的便是自种子型运行模式．（ｓｅｌｆ－ｓｅｅｄｉｎｇ）?［７５，７６］，如图ｌ．４（ｂ）。自种子型模式ＳＡＳＥ的长波荡器中插入个磁压缩段，将箱射波荡器分为两段。束流通过第＾段短波荡器产生指数增益的自发辐射，在辐射饱和之前将束流引入磁压缩段来引出ＳＡＳＥ辐射进入单色器，选出窄带宽的单色频谱并再次送入第二个长福射段波荡器，并同时磁压缩后的束流送入其中与单色后的辐射相互作用。此时，束流将受到单色性很高的射调制，并不断放大直至饱和，产生接近“傅里叶转换极限”的全相干ＦＥＬ。另外，却自种子型外，超短束流运行机制［７７］也可以提高ＳＡＳＥ的纵向相千性，其通过各种流操纵手段缩短束团长度，使得束长短于ＳＡＳＥ的合作长度，产生单一毛刺结构的纵全相干辐射脉冲。??除此以外，人们还提出了诸如増强型自放大自发福射模式（ｅＳＡＳＥ）?［７８］、改进自放大．自发辐射（ｉＳＡＳＥ）?［７９］，纯净型自放大．自发辐射（ｐＳＡＳＥ）?［８０］，高亮度型自大自发辐射（ＨＢ－ＳＡＳＥ）?［８１］等各种ＳＡＳＥ新机制。??（ａ）?ＳＡＳＥ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Developments in laser wakefield accelerators:From single-stage to two-stage[J]. 李文涛,王文涛,刘建胜,王成,张志钧,齐荣,余昌海,李儒新,徐至展. Chinese Physics B. 2015(01)
本文编号：3562263
【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】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?Ｊ．?Ｍａｄｅｙ提出的自由电子激光放大实验装置［２０］??，
?中国科学院博士学位论文一基于横向梯度波荡器的束流物理和自由电子激光物理的相关研究而高增益机制则生要工作在紫外到硬Ｘ射线波段。??１．２．１?低增益ＦＥＬ??低增益ＦＥＬ，即辐射来对电子束的纵向空间分布产生明＆影响，辐射功率没有到指数增益标准，典型以带有反射镜的光学谐振腔ＦＥＬ为代表［７２，７３］。其工作原理图１．３所示，单次通过波荡器的电子束团产生的自发福射，不断被光学谐振腔反射后继的电子束在波荡器中相互作用，使得＾＾自发福射不断累积并放大，最终达到饱出。振荡器型ＦＥＬ是对辐射光的多次共振放大，单次辐射增益只需要强于福射光振腔中的反射损耗，因此这种方式的ＦＥＬ装置相对简单，所要求的波荡器较短，对束的品质要求也不是很高＊但是，受限于没有合适材料的谐振腔反射镜对紫外到Ｘ波段的反射的难题，低增益ＦＥＬ机制主要ｉ作在红外波段，难以向短波长方向发展。????Ｕｎｄｕｌａｔｏｒ?Ｍｉｒｒｏｒ??
，，大于“傅里叶转换极限”的辐射带宽。??为了提高ＳＡＳＥ模式的纵向相干性，大量基于ＳＡＳＥ的新运行机制被不断提出，中最主要的便是自种子型运行模式．（ｓｅｌｆ－ｓｅｅｄｉｎｇ）?［７５，７６］，如图ｌ．４（ｂ）。自种子型模式ＳＡＳＥ的长波荡器中插入个磁压缩段，将箱射波荡器分为两段。束流通过第＾段短波荡器产生指数增益的自发辐射，在辐射饱和之前将束流引入磁压缩段来引出ＳＡＳＥ辐射进入单色器，选出窄带宽的单色频谱并再次送入第二个长福射段波荡器，并同时磁压缩后的束流送入其中与单色后的辐射相互作用。此时，束流将受到单色性很高的射调制，并不断放大直至饱和，产生接近“傅里叶转换极限”的全相干ＦＥＬ。另外，却自种子型外，超短束流运行机制［７７］也可以提高ＳＡＳＥ的纵向相千性，其通过各种流操纵手段缩短束团长度，使得束长短于ＳＡＳＥ的合作长度，产生单一毛刺结构的纵全相干辐射脉冲。??除此以外，人们还提出了诸如増强型自放大自发福射模式（ｅＳＡＳＥ）?［７８］、改进自放大．自发辐射（ｉＳＡＳＥ）?［７９］，纯净型自放大．自发辐射（ｐＳＡＳＥ）?［８０］，高亮度型自大自发辐射（ＨＢ－ＳＡＳＥ）?［８１］等各种ＳＡＳＥ新机制。??（ａ）?ＳＡＳＥ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Developments in laser wakefield accelerators:From single-stage to two-stage[J]. 李文涛,王文涛,刘建胜,王成,张志钧,齐荣,余昌海,李儒新,徐至展. Chinese Physics B. 2015(01)
本文编号：3562263
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