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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
中国科学技术大学

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>>

《中国科技术语》2017年03期
中国科技术语

中国研制成功世界最亮极紫外光源——“大连光源”

日前,由中国科学院大连化学物理研究所和上海应用物理研究所联合研制的极紫外自由电子激光装置——“大连光源”,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140万亿个光子,这套总长100米的装置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。自由电子激光是国际上最新一代先进光源,也是当今世界发达国家竞相发展的重要方向,在科学研究、国防科技发展中有着重要的应用前景。光子本身带有能量,波长越短,光子的能量就越高。而当光的波长短到约100纳米时,一个光子所具备的能量就足以电离一个原子或分子而又不会把它们打碎,这个波段的光称为极紫外光。但是由于在科学实验中,需要探测的原子或分子数量可能非常少,存在时间也非常短,普通的极紫外光源无法满足这一需求,因此必须要有高亮度的极紫外光源,即极紫外激光。极紫外激光能电离几乎所有组成普通物质的原子和分子,因此,极紫外激光也无法在普通物质中产生和放大,只能在“特殊物质”中产生,这个“特...  (本文共1页) 阅读全文>>

《强激光与粒子束》2017年10期
强激光与粒子束

CAEP太赫兹自由电子激光首次饱和出光

3.北京应用物理与计算数学研究所,北京100094;4.北京大学重离子物理研究所,北京100871;5.清华大学工程物理系,北京100084)中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CAEP THz FEL,CTFEL)是国内首台工作在高重复频率、高占空比状态的太赫兹谐振腔型自由电子激光器[1-3]。装置采用砷化镓光阴极高压直流电子枪、射频超导加速器、平面永磁型波荡器和准共心光学谐振腔,于2016年底完成装置建设,2017年3月完成电子束流调试并首次观测到自发辐射,2017年8月29日16时首次观测到太赫兹饱和出光。图1为CTFEL装置照片,图中绿色箭头指示为驱动激光光路,红色箭头指示为电子束运动方向,黄色箭头指示为太赫兹传输光路。高亮度电子束由波长532nm的皮秒驱动激光从砷化镓光阴极表面激发,由高压直流电子枪发射,经过发射度补偿和微波聚束后,进入两段由2K超流氦冷却的4-cell TESLA型超导射频加速腔,获得6~8 M...  (本文共2页) 阅读全文>>

《物理》1940年10期
物理

我国自由电子激光研究的最新进展

我国自由电子激光研究的最新进展杜祥琬谢家麟(北京应用物理与计算数学研究所,北京100088)(中国科学院高能物理研究所,北京100039)刘盛纲陈佳洱(中国电子科技大学,成都610054)(北京大学,北京100871)惠钟锡(中国工程物理研究院,成都610003)综述了我国一些研究单位的自由电子激光实验和理论研究,介绍并讨论了拉曼型自由电子激光、康普顿型自由电子激光以及电磁波泵浦自由电子激光和切连科夫自由电子激光等研究工作的最新结果。关键词自由电子激光,中国,最新进展,出光成功自由电子激光(FEL)具有可设计、可调谐的特点和高效率、高光束质量的潜力,有着广阔的应用前景,70年代后期以来,它开始在国际上受到重视。但自由电子激光对电子束品质要求高,技术难度大,至今只有少数几个发达国家取得了重要的实验结果。我国科技工作者从80年代开始着手进行FEL的研究。国家863计划重点支持和组织了基本物理问题和关键技术的研究,取得一系列进展[1,...  (本文共4页) 阅读全文>>

权威出处: 《物理》1940年10期
《高技术通讯》1994年03期
高技术通讯

北京自由电子激光装置连获重大突破

北京自由电子激光装置连获重大突破中国科学院高能物理研究所承担的国家高技术项目“北京自由电子激光装置”是我国第一台射频加速器型自由电子激光装置。在谢家麟教授领导下,科研人员利用这一装置,于1993年5月26日成功地观测到红外自由电子激光的振荡讯号。这一成果的取得,使我国在该领域跨入了国际先进行列,成为继美国、西欧个别国家后又一个利用射频直线加速器获得红外自由...  (本文共1页) 阅读全文>>

《中国激光》1994年05期
中国激光

自由电子激光新进展

自由电子激光器是70年代开始发展起来的一种新型强相干辐射源。利用相对论电子束通过横向周期磁场(波荡器)产生电磁辐射。具有高效率、可调谐和高亮度等显著优点。 自由电子激光属于韧致辐射,即是高能带电粒子急剧减速时产生的电磁辐射。有两种运转方式:一种是高电子能量、低电子密度的康普顿散射,产生的相干辐射在可见和红外波段;一种是低电子能量、高电子密度的受激拉曼散射,产生的辐射在毫米和亚毫米波段。除了利用自由电子动能通过周期磁场产生电磁辐射以外,还有利用电子在磁场中做回旋运动产生的电子回旋共振辐射、电子束掠射通过金属光栅表面的史密斯一拍塞尔辐射、利用电子通过介质时的契仑可夫辐射。射频自由电子激光器已从红外到可见光的宽光谱区运转,最短波长为240 nm。在毫米波段,利费莫尔实验室使用渐变波荡器,获得总输出功率1 GW,能量转换效率35%,波长为8 mm的相干辐射。图l列出自由电子激光器(以·表示)、传统激光器和微波管的辐射频谱、相干辐射功率的...  (本文共5页) 阅读全文>>