微型摇摆器

摇摆器是自由电子激光的重要组件,为了使自由电子激光的输出波长更短或降低其对电子束能量的要求,必须减小摇摆器的周期。我们对钕铁硼和A3钢构成的混合式微型摇摆器首次进行实验研究。由于采用钕铁硼新材料、槽形定位和半周期磁场调节,使得定位精度高,装调方便,从而大大提高了磁场强度和磁场分布均匀性,为变参数摇摆器、光腔速调管结构和摇摆器入口区设计奠定了基础。该微型摇摆器其周期为10mm,当磁极间隙为5mm时,峰值磁感应强度为0.35T,峰值磁场强度的最大偏差为1.22％,达到国际同类型摇摆器的研制水平。     

FEL的功率标度律

讨论了康普顿型自由电子激光(FEL)的饱和光场a_s~2与相应的能量抽取率η_(max)的标度律。这两个量的标度律基本上由摇摆器参数:周期数N_W和强度a_W单独确定,与摇摆器周期长度λ_W和激光波长λ_s无关。本工作也讨论了激光输出平均功率。指出在光阴极电子枪 超导射频加速结构装置目前可预期的电子束团每束团100 pC、平均流强为毫安情况下,10～15 MeV电子束能给出的激光平均输出功率约为百瓦量级。     

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,已用于短波长相于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,也用于产生高亮度同步辐射光。光学速调管由三段组成:调制段、色散段和增益段。装置的主要技术性能为:在磁气隙g=40mm时,磁场幅值B_0=0.30T和B_0=0.70T(色散段),磁场幅值均方根偏差小于1.0％。磁场一、二次积分值小于0.005T·cm和0.04T·cm~2。     

光学速调管自由电子激光的理论研究

该项目由国家 863 计划和国家自然科学基金资助的理论研究和数值模拟课题。其目的是对光学速调管紫外波段自由电子激光进行理论研究和数值模拟,从而达到对光学速调管自由电子激光规律的认识和掌握实验方案的理论设计能力。研究的内容包括光学速调管内磁场的计算,电子束的能量调制,电子束的密度调制,光学速调管的自发辐射谱和增益谱的计算,谐波超辐射的计算,磁场误差对能量调制的影响和对自发辐射谱的影响等。所有这些工作对实验方案的设计是有实际应用价值的。     

混合型波振器的研究

报告了一台用于中国原子能科学研究院中红外自由电子激光研究的混合型波振器的研制情况。该波振器采用稀土永磁与纯铁混合形式。磁场气隙及磁场锥度连续可调。波振器的磁场峰值的均方根误差小于0.53％。电子轨迹偏移在0.03mm左右。文中论述了此波振器的设计、利用模拟退火法对磁块进行优化组合、电子束在波振器理想及实际磁场情况下     

混合型波振器的研究(英文)

报告了一台用于中国原子能科学研究院中红外自由电子激光研究的混合型波振器的研制情况。该波振器采用稀土永磁与纯铁混合形式。磁场气隙及磁场锥度连续可调。波振器的磁场峰值的均方根误差小于0.53％。电子轨迹偏移在0.03mm左右。文中论述了此波振器的设计、利用模拟退火法对磁块进行优化组合、电子束在波振器理想及实际磁场情况下的轨迹的计算,以及波振器的磁场测量技术和磁场调整等方面的问题。     

上海软X射线装置中纯永磁移相器的积分场垫补

X射线自由电子激光(Free-electron Laser,FEL)达到饱和功率输出时所需要的波荡器总长度为数十米甚至上百米,目前国内外研制的波荡器只能分段加工,且每段长度一般在5 m以内。为了保证两相邻波荡器间辐射光的相位相互匹配,通用的设计是在相邻波荡器之间增加移相器。移相器的加入不应对电子束流产生影响,其产生的磁场沿束流方向的一二次积分必须达到技术要求。由于移相器较短,二次积分较小,可不予考虑。在不考虑永磁块非线性的基础上,导出了纯永磁移相器的磁场一次积分以及调整移相器中某些磁化块的高度和倾斜角度产生的磁场一次积分变化量的解析表达式。利用这种方法对上海软X射线自由电子激光装置中的5台移相器做积分场垫补,使得每台移相器的磁场一次积分在好场区内都小于20 Gs·cm,满足工程设计要求。     

NSRL储存环相干谐波自由电子激光实验总体布局

国家同步辐射实验室(NSRL)正在开展储存环相干谐波自由电子激光研究,目标是获得266nm相干辐射输出,并且获得较高的相干增强因子。给出实验的总体布局,包括电子束、种子激光及光学速调管的性能,介绍了种子激光扫描聚焦系统、同步系统、光学速调管磁极间隙控制系统、磁场测量系统及辐射测量系统。     

SHINE超导波荡器磁场点测量霍尔探头位置标定

正在建设的上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate XFEL and Extreme light facility,SHINE）将利用40台周期长度为16 mm、磁长度为4 m、净气隙高度为4 mm的真空内超导波荡器,以产生垂直线极化的自由电子激光。霍尔探头磁场测量是目前测量波荡器场图最可靠的测量方法之一,而霍尔探头灵敏中心的定位精度是影响磁场测量精度的主要因素之一。本文介绍了这些超导波荡器的磁场点测量系统,以及霍尔探头灵敏中心的高精度位置标定。通过翻转安装有霍尔探头与角锥棱镜的磁测滑车,可分别标定霍尔探头灵敏中心以及角锥棱镜顶点和磁测滑车翻转轴的横向间距,从而获得霍尔探头灵敏中心彼此之间的横向距离,以及霍尔探头灵敏中心与角锥棱镜顶点之间的横向距离。该方法的标定精度好于±10μm,能满足该超导波荡器磁场测量的要求。     

一种波荡器段间四极铁支撑平台的机械稳定性

自由电子激光(Free Electron Laser,FEL)是一种以相对论高品质电子束作为工作介质,在周期磁场中以受激发射方式放大电磁辐射的新型激光源。束流稳定性的好坏是影响FEL性能的关键指标。波荡器段关键元件运行过程中的位置稳定性是影响束流位置稳定性的关键因素之一,其中上海软X射线自由电子激光(Soft X-ray FEL,SXFEL)和大连极紫外相干光源(Dalian Coherent Light Source,DCLS)科学研究装置中波荡器段间四极铁的位置稳定性要求较高。波荡器段间四极铁支撑平台为四极铁等关键元件提供支撑、定位及位置调节,从而间接地要求其具有高的稳定性。本文通过对一种平台的支撑方式进行模态和地基随机振动响应的有限元分析和测试,得到平台的结构动态特性,并进行稳定性分析,为段间平台的工程设计提供理论依据。     

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     

腔式束流位置探测器的设计与实验研究

束流位置探测器对自由电子激光装置的研制和运行具有重要的意义。其中,腔式束流位置探测器(腔式BPM)又以其高精度、高分辨率的特点而得到广泛的应用。本文对应用于上海深紫外自由电子激光装置上的腔式BPM进行了理论分析、模拟计算和BPM腔的测量等方面的研究。     

双光束白光干涉系统的理论模拟与实验研究

为了实现一般性样品的自由电子激光三维成像,搭建了一套用于上海软X射线自由电子激光装置的双光束单脉冲三维成像装置。计划利用可见光对该成像装置进行离线时空对准,利用自由电子激光对其进行在线时空对准。为了保证离线对准的顺利实现,需要搭建一套基于双光束白光干涉原理的离线对准系统。本文设计了一套双光束白光干涉系统,并结合波动光学原理和MATLAB软件对其进行了离线对准原理的理论模拟验证。随后搭建了该套系统,并成功对该系统进行了时空对准调试与验证,时间对准调节精度达48.1 fs。经简单改进后,该系统可作为自由电子激光三维成像装置的离线对准系统,用于其离线对准调节。     

自由电子激光发展概况

今天能参加为庆祝王老八十寿辰而举行的学术报告会,讲讲自由电子激光的情况,我感到十分高兴。自由电子激光的发展是不同科学技术分枝,如加速器、激光、微波、磁性材料、快电子学等等互相渗透的结果。王老治学范畴广阔,在粒子物理、核物理、宇宙线、核武器、聚变、激光等等方面都做出了贡献,是我国开拓边缘学科的带路人。所以我觉得讨论这样一个题目来庆祝他的生日是很合适的。下面我就自由电子激光(FEL)的发展历史、工作模式、实验装置、应用前景和存在问题做一个简单的介绍。     

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。     

波振器磁场测量系统(英文)

报告了一个用于自由电子激光波振器的磁场自动测量装置,它既可以进行波振器高精度磁场测量,也可以用于加速器中的磁透镜、同轴线圈以及偏转磁铁等方面的磁场测量。系统采用高灵敏度CaAs微型霍耳探头作为磁场传感器件;采用光电编码器以及数显技术检测探头的位移;测量系统由AST/386微型计算机控制。软件内容丰富,界面友好。根据实际测试,此系统在磁场变化梯度为1.00×10~(-2)T/mm时,测量精密度△B/B_p=(0.3～1.5)×10~(-4),在磁场变化梯度为6.00×10~(-2)T/mm时,测量精密度△B/B_p=(1.5～5)×10~(-4)。     

一种新型的激光装置——自由电子激光器

自由电子激光器(FEL)是过去十年间出现的一种新型激光器件,是科技界在探索产生高功率相干光源方面的一项突破性新成果。FEL的历史可追溯到40年代发明的微波管。行波管在结构上与FEL相类似,在行波管中,能量不高的相对论性电子束流通过波导中的周期性波荡电场或磁场而产生辐射,辐     

波导管毫米波自由电子激光的一维和三维数值模拟

用单粒子理论三维毫米波方形波导自由电子激光放大器程序FEL-2-A,对由可实现的摇摆器-线极化平面Wiggler外加四极子聚焦或平面抛物极面Wiggler-组成的自由电子激光放大器的非线性演变进行了计算、分析并同实验结果作了比较。FEL-2-A程序是由一组耦合非线性微分方程组构成的。它包括用来描写在无损、矩形波导中TEmn和TMmn 模自洽演变的光场模拟方程和用来描述电子束的轨迹及其与光场相互作用的电子模拟方程。文中采用了傍轴近似以及绝热慢变近似。不考虑电子束群聚的纵向空间电荷力。电子束在相空间中(γ,ψ,χ_j,υ_(xj),j=1,2)的初始分布由蒙特卡罗随机抽样给出。FEL-2-A的数值模拟结果已经与LLNL的实验结果和FRED程序的模拟结果进行了比较(TE01模),其间的符合程度是十分令人满意的。此外还用此程序研究了Wiggler的不同极化形式,不同注入功率及各种其他相关参量对FEL输出功率的影响,所有这些对4MeV FEL放大器的设计和实验都具有一定的参考意义。在该程序中,考虑空间电荷力对输出功率的影响和使用共振粒子近似方程设计Wiggler的振幅和周期,使得Wiggler参数与电子束的能量相匹配以提高输出功率的计算,分析以及同实验结果的比较将在另外的文章中给出。     

波导管毫米波自由电子激光的一维和三维数值模拟

用单粒子理论三维毫米波方形波导自由电子激光放大器程序FEL-2-A,对由可实现的摇摆器-线极化平面Wiggler外加四极子聚焦或平面抛物极面Wiggler-组成的自由电子激光放大器的非线性演变进行了计算、分析并同实验结果作了比较。FEL-2-A程序是由一组耦合非线性微分方程组构成的。它包括用来描写在无损、矩形波导中TEmn和TMmn模自洽演变的光场模拟方程和用来描述电子束的轨迹及其与光场相互作用的电子模拟方程。文中采用了傍轴近似以及绝热慢变近似。不考虑电子束群聚的纵向空间电荷力。电子束在相空间中(r,φ,x_j,v_(xj),j=1,2)的初始分布由蒙特卡罗随机抽样给出。FEL-2-A的数值模拟结果已经与LLNL的实验结果和FRED程序的模拟结果进行了比较(TE01模),其间的符合程度是十分令人满意的。此外还用此程序研究了Wiggler的不同极化形式,不同注入功率及各种其他相关参量对FEL输出功率的影响,所有这些对4MeV FEL放大器的设计和实验都具有一定的参考意义。在该程序中,考虑空间电荷力对输出功率的影响和使用共振粒子近似方程设计Wiggler的振幅和周期,使得Wiggler参数与电子束的能量相匹配以提高输出功率的计算,分析以及同实验结果的比较将在另外的文章中给出。     

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。