中能X射线自由电子激光SASE脉冲在Cr/B4C多层膜结构上的反射特性

反射光学元件是X射线自由电子激光(Free Electron Laser,FEL)光束线上非常重要的器件,而FEL通常通过自放大自发辐射模式(Self-Amplified Spontaneous Emission,SASE)出光.多层膜结构,尤其是Cr/B4C多层膜结构,在中能X射线范围内具有优越的光学性能.利用GEN...     

基于高精度脉冲发生器的定时系统设计

为满足自由电子激光装置的正常运行需求,需要向加速器设备提供精确的定时触发信号。依据上海软X射线自由电子激光装置(Soft X-ray Free-Electron Laser Facility,SXFEL)的物理需求和系统分配,基于高精度脉冲发生器,结合具有联锁接口的光电转换器,实现了SXFEL定时系统的硬件设计。系统的软件部分使用实验物理与工业控制系统(Experimental Physics and Industrial Control Systems,EPICS)完成基于网络的分布式远程控制。通过在线测试,该系统运行稳定可靠,抖动时间小于150 ps,满足加速器对定时系统的要求。     

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。     

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。     

基于近场外差散斑的自由电子激光横向相干性测量研究

相干性是X射线自由电子激光(X-ray Free-Electron Laser, XFEL)最重要和显著的特点之一,在自放大自发辐射(Self-Amplified Spontaneous Emission, SASE)模式下,XFEL光输出功率极不稳定且强度分布差异较大。为能够用简单系统同时测量二维平面的横向相干性,本文提出一种基于近场外差散斑的光脉冲相干性测量方案,该方案的优点是能实现单发脉冲和平均脉冲的横向相干性测量。将光脉冲照射在做布朗运动的纳米粒子溶液上产生近场外差散斑,通过散斑信号的功率谱分析得到光脉冲的横向相干性。文章重点在理论上研究了测量方案的可行性,结合上海软X射线自由电子激光SASE模式的光场仿真,通过数值模拟的方法获得了单粒子和多粒子外差散斑信号的空间分布,以及对应的横向相干性。未来此方法可以为自由电子激光的运行和用户提供在线的相干性信息。     

自由电子激光装置数字化束流位置信号处理器研制及应用

针对自由电子激光装置(Free Electron Laser,FEL)对束流位置测量的需求,研制了可同时用于条带束流位置检测器(Stripline Beam Position Monitor,SBPM)和腔式束流位置检测器(Cavity Beam Position Monitor,CBPM)信号处理的数字化束流位置信号处理器(Digital Beam Position Measurement processor,DBPM)。该处理器为一体化的嵌入式结构,以现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为系统核心,采用分布式的实验物理及工业控制系统(Experiment Physics and Industrial Control System,EPICS)进行远程数据交互。处理器对SBPM和CBPM系统的测试分辨率在0.5 n C流强时分别达到4μm和0.4μm,达到设计指标,成功应用于大连相干光源(Dalian Coherent Light Source,DCLS),并将应用于上海软X射线自由电子激光装置(Shanghai X-ray Free Electron Laser,SXFEL),是国内首台自主研制成功并实现工程应用的DBPM处理器。     

一种波荡器段间四极铁远程精密调节机构的研制

自由电子激光(Free Electron Laser,FEL)装置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。FEL装置中的四极铁中心相对于束流中心线的高精度就位与否将直接影响束流的品质,上海软X射线自由电子激光装置和大连极紫外相干光源装置的波荡器段间四极铁均采用基于束流准直方法(Beam based alignment,BBA),需要可远程精密调节四极铁位置的机构。BBA四极铁远程精密调节机构主要由可远程精密定位的电移机构和控制系统构成。电移机构采用精密滚珠丝杠驱动的滑块组合机构,可实现垂直于束流的水平和竖直高度方向的二维调节。本文简单描述了BBA四极铁远程精密调节机构的机械设计,对BBA四极铁远程精密调节机构的测试方法及结果进行了详细分析。该系统集成测试结果表明,机构运动过程中采用光栅尺进行反馈,其定位精度和重复性均达到了设计指标要求。     

低发射度C波段光阴极微波电子枪设计与优化

自由电子激光(Free Electron Laser,FEL)对电子束的发射度有极高的要求.近年来,可产生短电子束团并且具有高亮度性质的电子枪,是研发高性能FEL的核心部分,也是重要挑战与研究热点.一个很有前景的方向是提高微波电子枪(RF电子枪)内的加速梯度.提高现有电子枪的梯度,需要对电子枪微波场的优化、螺线管的设计...     

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。     

石英光纤束损监测系统在SXFEL上的应用

上海软X射线自由电子激光装置（Soft X-ray Free-Electron Laser facility,SXFEL）是我国第一台X射线相干光源，为了对其波荡器线束流损失进行监测，设计安装了一套基于切伦科夫辐射理论的石英光纤束损监测系统。由于石英光纤对高能γ射线不敏感，适应在SXFEL高辐射场环境中安装使用。该束损监测系统响应速度极快，覆盖整个波荡器线约180 m长区域，能够对整个波荡器沿线束流损失进行实时连续监测。本文介绍了该光纤束损监测系统原理与组成，按应用需求进行了系统位置标定与光纤衰减系数测量等实验，并在实际调束过程中考察了该系统的应用情况。结果表明：该系统具有良好的位置分辨能力，在上游位置分辨能力约为0.2 m，能够满足工作人员调束需求。     

低电平系统中C波段时钟本振的设计及测试

上海软X射线自由电子激光(Shanghai Soft X-ray Free-electron Laser,SXFEL)的直线加速器工作频率为5712 MHz.在低电平系统中,C波段的微波采样信号经过与5686.556 MHz的本振信号混频后下变频为26.444 MHz的中频信号,之后由频率为105.778 MHz的时钟...     

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。     

基于腔式探头的高分辨率束团电荷量测量方法研究

束团电荷量是粒子束流最基本的特征参数,精确的电荷量测量和控制对于装置的运行以及束损的监测和安全联锁具有非常重要的作用.上海软X射线自由电子激光装置(Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser Device,SXFEL)中加入了电荷量反馈环路,以期实现束团电荷量的精确控制并满足单束团实...     

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。     

基于SXFEL的新型LCS光源极化γ束流性质研究

逆康普顿散射作为一种光子加速机制,近年来获得了更多的关注和应用;在180°碰撞模式下(即背散射模式(Back Compton Scattering,BCS)),通过入射激光的极化,能够获得接近100%极化的γ光源,对于开展极化相关的物理研究具有重要意义。本文通过数值模拟方法研究了基于上海软X射线自由电子激光装置(Soft Xray Free Electron Laser,SXFEL)的激光康普顿散射(Laser Compton Scattering,LCS)γ光源的束流性质。结果显示:基于SXFEL的LCS光源将具有高能量、高通量、高极化度和准单能等特性。通过调节电子能量和激光器的波长,γ能量范围可达到1～80 MeV,结合准直器γ能量分辨率可达到≤4%,γ极化度约为100%,不同极化性质的激光会影响γ束斑的形状。     

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     

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     

激光同步辐射源特性的线性康普顿散射分析

激光同步辐射源（Laser Synchrotron Source,简称LSS）是利用强激光与相对论电子束散射,产生准单色、能量可调的X射线脉冲的新型X射线源。本文介绍了LSS的线性康普顿散射理论;分析了LSS的主要特性,包括X射线通量、脉冲时间结构、能谱等。     

激光分离同位素

随着激光技术的迅速发展,激光与原子能工业的关系越来越密切。一方面,激光在引发核聚变(激光点火)、同位素分离、核燃料后处理以及放射性标记化合物等方面获得了广泛应用。另一方面,人们也运用核技术来研制新颖激光器,如核泵激光器、自由电子激光器、甚至X射线激光器和γ射线激光器。     

考虑空间电荷效应的FEL的相对论粒子模拟研究

为了模拟自由电子激光(FEL),研制了一维半(一个空间分量,两个速度分量)相结论电磁粒子云(CIC-R)程序。利用CIC-R数值模拟了自由电子激光的时间发展,得到了不稳定谱的线性增长率(模拟得到的线性增长率为0.07),泵浦波、电磁波和静电波耦合的色散关系,电子分布函数的发展变化,相空间电子簇聚,非线性饱和和能量转换效率。除了粒子模拟之外,利用单模理论,经过分析简化,由一维假设和单模近似,严格地导出了辐射场和电子运动的方程,编制了单模波-粒子描述程序(SMWPC)。利用这个程序,对3.459mm的Raman型自由电子激光进行了模拟,并用它研究了高γ和可变Wiggler场的设计。研究表明,合理的Wiggler场和其它参数配合可使效率提高到48％。