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高增益短波长自由电子激光的数值研究

高增益自由电子激光被实验证明为目前唯一可以把自由电子激光推向紫外直至X射线的工作方式,在飞秒化学、生物分子结构、纳米科学、原子分子物理学等广泛的研究领域有巨大的应用前景,成为了当前世界上FEL领域的一个发展热点,已经形成了多个总体性方案。但是高增益FEL装置结构庞大,技术难度极高,投资规模往往达到数亿美金。因此在装置建造以前,必须进行详细的理论分析和模拟计算。不同模式的高增益FEL都有特定的优点和缺点,然而没有一种具有压倒性的优势,提出并分析不同的高增益模式,以产生具有相干性好、功率稳定、辐射亮度高等优异品质的X射线自由电子激光,成为当今FEL领域中一个研究前沿。本论文的主要内容是高增益短波长自由电子激光的数值模拟与分析研究。主要工作包含有不同X射线自由电子激光模式的计算与分析、自由电子激光基本理论和数值模拟方法的分析、一维FEL数值计算程序的编写、HGHG半解析计算与参数优化方法的讨论、级联HGHG的参数优化和计算方法的讨论、  (本文共175页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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自由电子激光物理中统计物理分析方法的若干研究

本文致力于近年来国际上提出的高增益自由电子激光饱和状态分析的统计物理方法的改进和推广。作为本文工作的基础,对相关自由电子激光基础理论做了综述,特别考察了波荡器低阶磁场近似下非理想入射电子的三维运动,及其对自发辐射的影响。在自由电子激光一维Colson-Bonifacio模型的基础上建立了一种能描述电子横向运动的三维归一化简化模型。在国外同行和小组已有工作基础上,针对这种模型重新以Matlab语言编写了直接数值模拟的完整程序,进而分析包含电子横向振荡的三维模型对一维模型的修正。对这种新的三维模型,引入守恒量,通过系统达到饱和状态的熵极大条件,发展求解饱和态参数的理论和算法,并编写了相应的Matlab程序。对于螺旋型波荡器中Compton型自放大自发辐射(SASE)自由电子激光由起振增益到饱和状态的过程,通过直接动力学模拟分析了在一定横向发射度情况下失谐量为零不同能散电子束和冷电子束、暖电子束入射情况下系统的光强、聚束因子、以及相空...  (本文共174页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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高增益短波长自由电子激光相关物理研究

高功率、短波长自由电子激光,已成为现代科学研究越来越重要的工具,特别是相干X光源,将使自然科学的发展进入一个全新的领域。短波长自由电子激光的基本运行模式主要有Seeded FEL和自放大自发辐射(SASE)两种。但是这两种模式都有各自的优势和缺陷:SASE可以达到X波段,但是其纵向相干性不佳,而Seeded FEL虽然相干性很好,但是受种子激光波长限制,目前很难达到硬X射线波段。目前,全相干的短波长自由电子激光是国际上研究的重大热点,针对以上形势,我们也开展了对Seeded FEL和SASE FEL的一些相关物理问题的研究。本论文首先对FEL的发展历史,工作模式和发展趋势进行了回顾和总结;并介绍FEL基本理论和数值模拟软件。在掌握FEL物理研究方法的基础上,本论文追踪国际前沿,首先对两种新近提出的HGHG改进模式:增强型HGHG(EHGHG)和回波型谐波放大FEL(EEHG)的参数敏感性进行了系统研究,以期充分了解这两种运行机制...  (本文共121页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
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自由电子激光中有关非线性效应的若干研究

非线性是自由电子激光系统所具有的普遍特征,本论文研究自由电子激光系统的一些非线性相关问题。作为论文工作基本出发点,对自由电子激光的基本理论作了细致推导。在相对论性电子非理想入射的情况下,对波荡器中的自发辐射频谱进行了解析推导和数值计算,并与电子理想入射的相应结果进行了对比。对具有轴向引导场的螺旋型波荡器中的电子行为进行了分析,对于忽略自场影响的可积情况,考察电子轨道的周期和准周期情况的判据,以及满足稳定螺旋轨道的条件;进而分析强自场情况下电子运动的混沌特性,利用庞加莱截面方法对于电子的混沌行为进行定性分析和确认。通过对近可积系统的理论分析,和对电子轨道数值模拟结果的李雅普诺夫指数计算,分别得到系统达到完全混沌的临界条件。在波荡器高阶磁场和自场同时作用情况下,分析电子横向运动,考察电子受横向约束的条件。基于Colson-Bonifacio自由电子激光解析理论,建立了一维稳态自由电子激光的Mathematica数值模拟程序,对于高增...  (本文共140页) 本文目录 | 阅读全文>>

电子科技大学
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毫米波段自由电子激光特性的研究

毫米波段自由电子激光器(简称FEM)是当前自由电子激光(FEL)研究领域里的一个重要分支,它具有频带宽、频率连续可调等特点,在军用和民用方面有着巨大的应用潜力,许多国家的科研机构都在从事这方面的研究,而且已取得了重要的成果。本文对毫米波段自由电子激光器(FEM)特性做了广泛深入的研究,内容包括:椭圆波导FEM放大器的三维非线性研究;椭圆开槽波导FEM放大器的三维非线性研究;等离子体加载具有平板摇摆器系统FEM的线性分析;新结构Smith-Purcell型 FEM的粒子模拟及实验研究。本文首先对椭圆波导中的电磁场进行了分析,导出了椭圆波导中电磁场各分量的表达形式,给出了数值求解马丢函数特征值及系数的方法,该方法原则上适用于任意偏心率椭圆波导的计算,而且具有很高精度。在此基础上,利用三维非线性理论,导出了以椭圆波导、平板摇摆器为FEM放大器模型的三维非线性工作方程组,考虑了电子注发射度、空间电荷波效应、电子注在互作用区入口处的绝热压...  (本文共109页) 本文目录 | 阅读全文>>

《科技创新与品牌》2017年02期
科技创新与品牌

一月科技资讯

文/本刊记者庞贝“大连光源”:人类探测微观世界的利器1月15日,我国最新一代光源“极紫外自由电子激光装置”,即“大连光源”,发出了世界最强的极紫外自由电子激光脉冲,单个皮秒激光脉冲产生140万亿个光子,成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。“大连光源”中90%的仪器设备由我国自主研发,标志着我国在这一领域占据了世界领先地位。总负责人、中科院大连化物所副所长杨学明院士将“大连光源”这个第四代光源,称为观察原子、分子反应过程的摄像机,在原子、分子层次上探索物质世界的奥秘。碳卫星成功获取首组观测数据中国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星(简称“碳卫星”)于2016年12月22日在酒泉卫星发射中心成功发射入轨。经过平台测试、载荷加热排污等一系列工作后,有效载荷于1月12日成功开机,13日转入在轨观测任务模式并获取首批观测数据,其中包括碳卫星高光谱二氧化碳监测仪获取、经过地面处理生成的碳卫星第一组大气氧气和二氧化碳吸收光谱图...  (本文共2页) 阅读全文>>

《飞碟探索》2017年02期
飞碟探索

最数字

1 4 0万亿自由电子激光是国际上最先进的新一代光源,也是当今世界先进国家竞相发展的重要领域。2017年1月15日,中国科学院研制的“大连光源”成功发出了世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲,单个皮秒激光脉冲产生了140万亿个光子,成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。目前,“大连光源”是世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置,也是世界上最亮的极紫外光源。2米近日,美国亚利桑那州立大学的天文学家发现了一颗名为“2015 TC25”的小行星。这颗小行星是人类迄今发现的最小、最明亮、速度最快的近地小行星。“2015 TC25”更确切的叫法应该是太空岩石,其直径仅约2米,每隔2分钟就可以完成一圈自转。它可以反射照射到它表面60%的太阳光。9 6.4%近日,...  (本文共1页) 阅读全文>>