基于法线追迹原理的新型高精度面形检测系统

高精度面形检测系统是同步辐射光源、大型天文望远镜等领域X射线反射镜面的重要检测仪器。为了满足第三代光源及自由电子激光对X射线反射镜面的检测需求,由光学元件加工缺陷引入的系统误差必须得到减小或消除。基于法线追迹原理设计了新型的角度检测系统,在该系统中,小孔及光源组成光束选择装置用于自动选择一束沿待测镜面测量点处法线方向传播的光束。通过测量该光束角度的变化完成对待测镜面面形的检测。将系统中光学元件紧贴小孔放置,减小或消除由相应光学元件加工缺陷引入的角度测量误差。采用法线追迹原理在大角度范围内实现高精度角度检测。     

面形误差对自由电子激光聚焦光斑影响的研究

正在建设中的上海软X射线自由电子激光(Self-amplified Spontaneous Emission,SASE)光束线—活细胞成像光束线,能量范围100～1 000 eV,束线主要设备包括前端区、插入件、偏转平面镜PM1、诊断光栅PM2、单色器、压弯镜、KB镜(Kirkpatrick-Baez)和椭球镜等。分为两条支线,其中北支线的KB镜组由一个平面镜和两个椭圆柱面镜构成,主要应用于生物细胞成像实验站。实际光学元件在加工过程中会存在一定的面形误差,面形误差是衡量光学元件表面质量的重要指标。自由电子激光光束线系统中,要求镜子表面具有高精度和高可靠度,镜子的面形和高度误差相关联,会影响光束的相干性和波前,进而影响最终的光斑。为了准确研究面形误差对X光经过光束线传播后相干性和波前变化的影响,使用软件SHADOW和SRW对北支线X光的传播进行模拟。模拟结果表明:平面镜面形误差控制在0.1～0.2μrad,同时椭圆柱面镜控制在0.4μrad以内,聚焦光斑尺寸在4μm以内,可满足生物成像实验站成像需求。该结果为软X射线自由电子激光的优化设计提供了参考和依据。     

天光一号预放大器自动准直技术研究

天光一号高功率KrF准分子激光装置采用光学角多路实现了六束激光的主振荡功率放大，其光路复杂，人工调节繁琐，指向精度难以保证，且激光波长为248 nm，属于深紫外波段，无法采用常用的光束自动准直方法。为了保障六束激光聚焦叠加并稳定精准地照射到靶面上，需开展适合天光一号装置激光参数及光路特性的自动准直技术研究。本文以预放大器三束输入、输出光路为研究对象，探索适合天光一号装置的自动准直方法，建立了预放大器光路自动准直系统，实现了快速、高精度光束的调节，验证了自动准直方案的可行性，为天光一号KrF准分子激光装置实现全光路自动准直奠定了技术基础。     

基于PC的光学速管色散段磁极间隙调节系统

描述了合肥国家同步辐射实验室光学速调管色散段磁极间隙调节系统的原理和结构。该调节系统已 ＮＳＲＬ的储存环自由电子激光实验中，效果良好，调节精度可高达１０＾－３ｍｍ。     

基于PC的光学速调管色散段磁极间隙调节系统

描述了合肥国家同步辐射实验室（ＮＳＲＬ）光学速调管色散段磁极间隙调节系统的原理和结构。该调节系统已应用在ＮＳＲＬ的储存环自由电子激光实验中,效果良好,调节精度可高达１０－３ｍｍ。     

上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)种子激光传输与注入系统

自由电子激光新发展的高增益工作模式(HG;HG,EEHG)具有独特的优势,但需要外种子激光与电子束团相互作用,为满足实验的要求,我们在上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)上建立了新的种子激光传输注入与测量系统,实现了种子激光的有效注入。通过采用光参量放大器(OPA),使得注入激光工作波长大范围可调;通过高精度的光学调节与测量装置,实现种子激光与电子束团的精确同步,精度达到亚皮秒量级,测量结果显示激光对电子束团进行了有效的调制。通过以上技术,在上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)上成功完成了HGHG与EEHG的相关实验。     

自由电子激光(FEL)平面多周期永磁铁系统的探讨(Ⅰ)系统的要求和解场方法

描述了用于自由电子激光的永磁铁周期系统、理论要求以及实际限制以及三维场计算永磁铁系统的方法。     

天光一号预放大器自动准直技术研究

天光一号高功率KrF准分子激光装置采用光学角多路实现了六束激光的主振荡功率放大,其光路复杂,人工调节繁琐,指向精度难以保证,且激光波长为248 nm,属于深紫外波段,无法采用常用的光束自动准直方法。为了保障六束激光聚焦叠加并稳定精准地照射到靶面上,需开展适合天光一号装置激光参数及光路特性的自动准直技术研究。本文以预放大器三束输入、输出光路为研究对象,探索适合天光一号装置的自动准直方法,建立了预放大器光路自动准直系统,实现了快速、高精度光束的调节,验证了自动准直方案的可行性,为天光一号KrF准分子激光装置实现全光路自动准直奠定了技术基础。     

光辐射模拟在轨测试系统激光出射能力试验研究

主要对光辐射模拟在轨测试系统的激光脉冲出射能力进行了试验评估,包括:激光脉冲能量试验、激光光束的发散角试验和激光光束对准试验等,试验结果达到了预期的设计效果.     

同步辐射自由电子激光光学速调管研制

报告了一同步辐射自由电子激光光学速调管的研制情况。此装置已应用在中国科技大学国家同步辐射实验室的储存环上进行同步辐射自由电子激光相干辐射的研究。装置具有光学速调管以及均匀波荡器两种工作模式,已用于短波长相干谐波辐射自由电子激光的研究,以期得到紫外(UV)、真空紫外(VUV)和软X射线波段的相干光源,也用于产生高亮度     

FEL对束流传输系统的消色差和等时性要求

讨论了自由电子激光器(FEL)对束流传输系统的特殊要求,推导得到了实现束流传输系统消色差和等时性要求的充分必要条件,为设计一个符合FEL实验要求的束流传输系统提供了理论依据。     

ICCD在三维成像量能器读出系统中的应用

在宇宙线空间探测领域,三维成像量能器具有大几何因子和较强的粒子鉴别能力,因而具有广泛的应用前景。但是与二维量能器相比,其读出路数更多,电子学更复杂。增强电荷耦合器件(Intensified charge-coupled device,ICCD)比传统的光电器件集成度高、体积小、功耗低、发热量低,正适合用于三维成像量能器的大规模读出,改善资源利用率。本工作主要讨论了ICCD在三维成像量能器方案中的应用,介绍了ICCD线性、光强分辨率测试结果以及对串扰进行修正的方法,最后给出使用欧洲核子中心(European Organization for Nuclear Research,CERN)提供的10 GeV电子束进行束流照射实验得到的能量重建结果,初步验证了ICCD用于三维成像量能器读出系统的可行性。     

基于遗传算法的自由电子激光优化设计

自由电子激光(Free-Electron Laser,FEL)的辐射功率、光谱等关键量是表征FEL品质的重要因素,这些量往往依赖于多种参量,所以优化这些品质参量的问题即可等效为如何寻求合适的参数来获得更优的FEL的输出。遗传算法是解决这类多变量优化问题常用的算法之一。本文基于遗传算法设计了一个用于FEL优化的应用程序,该应用程序利用实数编码方式,选择合适的算子并作相应的改进,同时利用Java Swing构建了友好的用户界面。实验结果表明,在进行辐射功率优化时,该算法能够在较短的时间内寻找到非常接近全局最优解的较优解。该应用程序具有良好的通用性与可扩展性,在一定程度上为FEL装置的运行优化提供帮助。     

Modified model for harmonic generation free electron laser

The longitudinal modulation to the electron beam by a coherent seed laser pulse is widely used for generating fully coherent, short wavelength radiation in various harmonic generation free electron laser (FEL)schemes. After introducing the density modulation, mierostruetures down to attosecond scale are produced over the distance of one seed laser wavelength. In order to take into account the mierostructures in the theoretical and numerical analysis, in the frame of undulator period averaged approach, a modified model for harmonic generation FEL is developed in this paper. With the modified model, three harmonic generation FEL examples are investigated by employing Shanghai soft X-ray FEL (SXFEL) parameters. In FEL schemes with ultra-high harmonic generation and ultra-short pulse, the modified model presents some interesting aspects which are helpful for understanding of radiation pulse evolution, bunching efficiency and noise propagation issues.     

HGHG自由电子激光时间相干性研究

时间相干性是外种子型自由电子激光(FEL)对于自发辐射自放大(SASE)FEE具有的重要优势之一。利用自制的迈克尔逊干涉仪测量了600 nm(二次谐波)和400 nm(三次偕波)高增益谐波放大(HGHG)FEL的时间相干性,分析不同延迟时间处的干涉图样条纹可见度,得到了600 nm和400 nm HGHG自由电子激光的相干长度,分别为119±6.7 fs和112±16.9 fs。通过与光谱测量和理论计算结果进行比较,进一步验证了实验测量的准确性。结果表明HGHG自由电子激光继承了种子激光的相干性特点,这与理论预测结果相一致。     

用于辐射源针孔成像的计算机辅助准直系统

建立了用于射线针孔成像的计算机辅助厚针孔对心系统.该系统由两台激光经纬仪及调节架、一台数字摄像机(DV)、一台便携计算机及一套专门开发的软件构成,具有辅助聚焦、辅助建立光轴、检验对心效果以及记录对心参数的功能,可缩短对心时间,提高对心精度.介绍了系统的数据处理方法及准直判据.     

基于相干渡越辐射的束团长度测量研究

电子束团长度是束流诊断中的重要参数,基于相干渡越辐射(Coherent Transition Radiation,CTR)的测量方法是一种简单易行的高时间分辨率测量方法。本文调研并分析了不同电子束团长度测量方法的优缺点,选择基于CTR方法作为主要研究方向,主要针对上海深紫外自由电子激光实验装置(Shanghai Deep Ultra-Violet Free Electron Laser,SDUV-FEL)和X射线自由电子激光试验装置(Shanghai X-ray Free Electron Laser,SXFEL)进行了实验方案设计和模拟分析。结果表明,通过合理的参数选择和方案优化,用该方法可对飞秒至皮秒范围内的束团长度进行测量,时间分辨率能到达飞秒量级,满足SDUV-FEL的实验需求和SXFEL的工程需求。     

SFEL束流偏转传输系统的设计

上海宽波段自由激光用户装置正在中国科学院上海原子核研究所ＦＥＬ实验室设计建造。这里介绍了两个典型偏转系统的设计考虑，并讨论了设计结果。     

On harmonic operation of Shanghai deep UV free electron laser

By choosing parameters in the modulator, the dispersive section and the seed laser, the spatial bunching of the electron beam can be correlated to the n-th harmonic of the radiator radiation, instead of the fundamental radiation in conventional high-gain harmonic generation （HGHG）. Thus, the radiator undulator is operated at high harmonic mode. In this paper, the possibility of harmonic operation of Shanghai deep ultraviolet （SDUV） free electron laser （FEL） is studied. Discussions on the principle of harmonic operation, the simulation code development, the simulation results, and the proposed experimental procedure for verification of harmonic operation at the SDUV FEL are also presented.