自由電子激光多種相干輻射機(jī)制及相關(guān)物理的研究.pdf

1、自由電子激光(FEL)具有良好的相干性，極高的峰值功率，而產(chǎn)生群聚的電子束是實(shí)現(xiàn)相干輻射的關(guān)鍵。FEL原則上可工作于任意波段，目前在不同的波段發(fā)展了具有不同特點(diǎn)的多種FEL相干輻射機(jī)制。
　　本文首先對(duì)FEL的主要工作模式、發(fā)展歷史、發(fā)展方向進(jìn)行了回顧和總結(jié)，然后介紹了FEL理論基礎(chǔ)、多種相干輻射機(jī)制、數(shù)值模擬軟件，在掌握FEL物理研究方法的基礎(chǔ)上，對(duì)多種FEL相干輻射機(jī)制及相關(guān)的物理問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，包括振蕩器FEL、預(yù)聚束

2、THzFEL、PEHG FEL以及多色多脈沖FEL。
　　介紹了振蕩器的工作原理，分析了波蕩器和電子束決定的單程小信號(hào)增益，然后利用波蕩器的梯度降低振蕩器對(duì)電子束能散的要求，結(jié)果表明電子束能散較大時(shí)，利用波蕩器的梯度可顯著提高增益和飽和功率;研究了腔鏡反射率、耦合孔徑、腔長(zhǎng)失諧對(duì)振蕩器輸出特性的影響，腔長(zhǎng)失諧小于一個(gè)輻射波長(zhǎng)時(shí)，有最大的輻射功率;分析了振蕩器FEL的自然鎖模，當(dāng)滑移長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于電子束長(zhǎng)度并且腔長(zhǎng)失諧較小振蕩器處于深度

3、飽和時(shí)，在時(shí)間頻譜結(jié)構(gòu)上脈沖會(huì)形成多峰結(jié)構(gòu)。
　　闡述了預(yù)聚束FEL工作原理，對(duì)比其他輻射機(jī)制，分析了預(yù)聚束FEL的輻射功率，然后給出了預(yù)聚束FEL的群聚因子和能量分布函數(shù)，之后對(duì)THz FEL波蕩器進(jìn)行了物理設(shè)計(jì)，研究了基于脈沖串群聚基波輻射和二次諧波輻射;解析結(jié)合模擬驗(yàn)證了能散較小時(shí)決定預(yù)聚束FEL輻射帶寬的主要因素，結(jié)果表明當(dāng)微束團(tuán)數(shù)遠(yuǎn)大于波蕩器周期數(shù)時(shí)，最終輻射帶寬接近微束團(tuán)數(shù)分之一，反之，最終輻射帶寬接近波蕩器周期數(shù)分之

4、一，對(duì)于預(yù)聚束FEL的諧波輻射，最終輻射帶寬與諧波次數(shù)成反比。另外給出了可能由電子束參數(shù)和波蕩器參數(shù)引入的抖動(dòng)和誤差。
　　介紹了PEHG的工作原理，解析結(jié)合模擬研究了利用波蕩器自然梯度實(shí)現(xiàn)PEHG的方案，給出了高次諧波群聚因子的優(yōu)化條件，結(jié)果表明NTG型PEHG可以取得與原始PEHG差不多的FEL性能，然后分析了主要參數(shù)對(duì)相位匯聚效果和飽和功率的影響，另外還研究了增強(qiáng)型PEHG，利用反相調(diào)制段抑制電子束的能散，結(jié)果表明利用反相調(diào)

5、制段可實(shí)現(xiàn)較為可觀的抑制能散效果，然后分析了主要參數(shù)對(duì)增強(qiáng)型PEHG的影響，最后研究了采用TGU和NTG在儲(chǔ)存環(huán)上實(shí)現(xiàn)高重頻PEHG的可行性。
　　基于HGHG型FEL高次諧波工作模式，研究了多色多脈沖FEL。首先簡(jiǎn)要介紹了實(shí)現(xiàn)雙色FEL和產(chǎn)生傾斜電子束的幾種主要方法，然后提出了一種新型雙色FEL方案，使傾斜電子束的不同部分在相鄰的諧波上分別滿足不同的共振條件進(jìn)而產(chǎn)生雙色FEL，然后分析了本方案光場(chǎng)的可調(diào)性，最后研究了通過(guò)采用較大