太赫兹自由电子激光放大器研究

太赫兹自由电子激光(FEL)是获得高功率太赫兹辐射的重要途径,目前运行的太赫兹FEL装置基本上都采用振荡器结构,若采用FEL放大器模式,则可产生具有更高峰值功率的太赫兹辐射。本文以北京大学超导电子直线加速器的束流参数为基础,通过模拟分析确定了太赫兹FEL放大器对太赫兹种子源、电子束流及波荡器等的要求。模拟结果显示,太赫兹种子的峰值功率在10 W以上即可实现太赫兹FEL放大;在较易实现的参数条件下,可获得峰值功率数兆瓦的太赫兹辐射。     

太赫兹Smith-Purcell自由电子激光研究进展

太赫兹电磁波在材料表征、医学成像、无线通信、安全检测等领域有广泛的应用前景,是当前科学研究热点之一。基于自由电子与周期性光栅结构相互作用产生的Smith-Purcell辐射的Smith-Purcell自由电子激光凭借其易加工、可调谐、高功率等优点成为发展高功率太赫兹源的有效途径之一。本文对太赫兹Smith-Purcell自由电子激光的近期研究进展进行了综述,对基于特异Smith-Purcell辐射新型Smith-Purcell自由电子激光以及基于预群聚电子注的Smith-Purcell太赫兹源进行了着重介绍,这两类新型太赫兹自由电子激光结构克服了传统自由电子激光的若干缺点,有望发展为具有重要应用前景的紧凑型、大功率太赫兹源。     

高平均功率太赫兹自由电子激光装置设计

为满足材料和生物医学等研究需要,中国工程物理研究院(中物院)提出了高平均功率太赫兹自由电子激光(THz FEL)用户装置研制项目。该装置采用准连续波运行的工作模式,太赫兹平均功率约为10 W。通过调节电子束能量和摇摆器的磁场强度,装置输出波长可在100μm(3 THz)~300μm(1 THz)进行调节,以满足不同用户的研究需要。装置主要包括电子源、主加速器、混合型摇摆器、激光谐振腔、太赫兹传输与探测系统等。装置将使用直流高压光阴极注入器作为电子源,主加速器为超导加速器,超导加速器后的电子束能量约8 MeV。该装置将建立成为一个用户装置。     

中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置总体设计

中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置是一台用于材料、光谱、生物、医学等领域前沿研究的多功能用户装置,在实验室现有的太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）基础上,拟新增两套2×9-cell超导加速单元和两台波荡器,将电子能量提升至最大50 MeV,输出频率覆盖范围拓展至0.1～125 THz,最大宏脉冲功率大于100 W。同时,采用跑道型束线设计,拟建设一台小型能量回收型直线加速器实验研究平台。本文主要介绍了中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置的总体设计、工作模式以及用户实验站布局。     

中物院太赫兹自由电子激光:设计、运行及升级

中物院太赫兹自由电子激光(CTFEL)装置是我国第一台基于超导加速器的高重复频率、高平均功率太赫兹自由电子激光装置。CTFEL利用光阴极直流高压电子枪和超导加速器产生约8 MeV电子束在波荡器中产生自发太赫兹(THz)辐射,并在光腔中受激放大获得饱和输出。得益于在0.7~4.2 THz频谱范围内连续可调以及平均功率大于10 W的特性,CTFEL为材料动力学、太赫兹成像、太赫兹生物学等领域提供了独特的研究平台。自2018年开放成为用户装置以来,每年提供不少于1000 h的稳定出光。未来CTFEL将在现有基础上升级成为红外太赫兹自由电子激光装置,实现太赫兹频率全覆盖以及最大功率大于100 W的目标,力争成为世界先进的长波长自由电子激光装置。     

紧凑型自由电子激光太赫兹源研究进展

研制了一种具有两路微波馈入的新型热阴极微波电子枪和满足实验要求的主加速器增能段,介绍了该项目中的热阴极微波电子枪和主加速器的物理设计、数值模拟以及摇摆器测试结果等,并进行了初步热测实验。测得电子束能量约6.7 MeV,能散0.95%,归一化发射度13.5πmm.mrad。     

太赫兹自由电子激光器的成像原理及进展

主要介绍了几种自由电子激光器进行太赫兹成像的原理和方法,并给出了俄罗斯和韩国等研究人员最近一两年的实验结果。指出现在太赫兹成像正向三维成像的方向发展。     

基于等离子体镜的太赫兹单脉冲选择方法

研究了一种用于中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CTFEL)输出的太赫兹的单脉冲选择方法,以满足一些对太赫兹脉冲的时间分辨率和峰值强度提出较高要求同时要保证较低平均功率的实验的需要。利用自诱导等离子体开关技术,太赫兹能够被短脉冲激光打靶产生的等离子体镜反射,从而使等离子体镜可以作为门控开关,选出单个太赫兹微脉冲。通过理论分析计算出等离子体临界密度和激光功率密度阈值,采用辐射流体模拟软件对激光打靶过程进行数值模拟。模拟结果表明,激光激发出的等离子体密度远大于临界密度。由此证明了实验的可行性,进而给出实验所需装置的参数指标以及实验光路设计。     

软X射线自由电子激光单色器优化方法

软X射线自由电子激光(FEL)光栅单色器的设计是个多目标优化任务,涉及到能量分辨能力、脉冲展宽、光斑投影大小、物距、像距、光栅线密度、光栅变线距等众多参数,优化起来十分复杂。本文提出了光栅单色器的统一优化方法模型,该模型把多目标优化任务转化为单目标(光栅焦点常数C_ff)优化任务。基于该模型,本文对比了三种软X射线FEL光栅单色器设计方案,并直观地对单色器能量分辨能力、脉冲展宽和光斑在光栅上投影大小进行评估。此外对这三种光栅单色器的设计方案进行了详细的计算,并绘制出了“C_ff-波长-优化参数”三元图。通过“C_ff-波长-优化参数”三元图,能够清晰地得到光栅单色器的能量分辨能力、脉冲展宽和光斑投影大小随着C_ff变化而变化的趋势。本项工作为光栅单色器的设计和优化提供指导作用。     

软X射线自由电子激光试验装置微波系统

软X射线自由电子激光装置(SXFEL)是中国第一台X射线相干光源,其最短波长可达到2 nm.这台基于1.5 GeV的C波段高梯度电子直线加速器的激光装置分试验装置(SXFEL-TF)和用户装置(SXFEL-UF)两个阶段进行研制,最终形成包含1条种子型自由电子激光束线、1条自放大自发辐射束线以及5个实验站的用户装置.试...     

带轴向导引场激光泵浦FEL的辐射机制分析

本文从单粒子理论出发,讨论分析了相对论电子束同时处于激光泵浦场、轴向导引磁场以及自身辐射场中的运动和辐射过程;结合对辐射波增益的计算,发现这种电磁波泵浦自由电子激光与一般静磁泵浦场中的波粒相互作用以及辐射机制类似,可以从不同角度来加以解释。通过分析计算结果,本文展现了清晰的物理图象。     

拉曼自由电子激光器的小型化研究

自由电子激光器的应用前景取决于器件能否小型化。本文对现有拉曼自由电子激光器的小型化进行了总体研究，以期实现台式拉曼自由电子激光器，还对自由电子激光器最终走向实用化具有现实意义。     

空间调制器——实时光处理

空间光调制器（SLM）对我们还是一个比较陌生的名词，但它却正悄悄并稳步地进入我们的日常生活。空间光调制器又称光问，实质上是个随时间变化的挡板。光学十字开关便是它众多功能中的一例。它可看作由一组线性发光体列阵组成的栅，而由一组线性光探测器列阵组成另一个栅，两者互相垂直并隔一小段距离。每个发光体都能照到所有的探测器上。如上所述，这样一种光学十字开关似乎并不引起人们的兴趣。但如在发光体列阵与探测器列阵之间插入一挡板，只有板上能透光的部分可以将特定的发光体与选定的探测器连接。这个挡板就是空间光调制器。这…     

欧洲自由电子激光研究进展

介绍了欧洲从事自由电子激光研究的几个重要实验室的概况和研究进展.简要分析了近期欧洲在发展短波长、高输出功率、高效率自由电子激光方面的相关计划和发展情况.     

三毫米波喇曼自由电子激光器实验研究

研制出新型小周期波荡器，报道三毫米波拉曼自由电子激光器实验。采用Ｉｃｍ周期双绕螺旋线波荡器，在相同加速器能量下，自由电子激光输出波长由８ｍｍ缩短到３ｍｍ。输出功率为１ＭＷ，效率为０．６６％。