近年來高增益自由電子激光（FEL）的主要發(fā)展方向是產(chǎn)生高功率、超短脈沖、高重復(fù)頻率、全相干的X射線,使得FEL能夠在生命、材料、化學(xué)、醫(yī)藥、能源、環(huán)境等領(lǐng)域能夠得到更廣泛的應(yīng)用。自放大自發(fā)輻射（SASE）是現(xiàn)有的FEL裝置中最常見的運(yùn)行模式,已經(jīng)能夠穩(wěn)定的產(chǎn)生高功率、短波長、橫向相干的輻射脈沖,但SASE起源于電子噪聲,這導(dǎo)致SASE輻射脈沖的縱向相干性較差、輻射脈沖能量抖動(dòng)較大。為了改善SASE FEL縱向相干性,一系列新型的FEL運(yùn)行模式被提出,其中外種子諧波放大模式受到了人們廣泛的關(guān)注,但是受制于諧波轉(zhuǎn)換次數(shù),這些模式目前只能產(chǎn)生波長在4nm以上的相干輻射。自種子（Self-seeding）FEL模式的提出為全相干X射線FEL的產(chǎn)生提供了可行的技術(shù)路線,目前已經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性,但軟X射線self-seeding實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該運(yùn)行模式還存在著波長覆蓋范圍窄和光譜邊帶較大等一系列問題。我國即將建設(shè)的上海硬X射線FEL裝置（SHINE）將軟X射線self-seeding模式作為基本的運(yùn)行模式,用于產(chǎn)生覆蓋X射線波段的全相干FEL。本論文基于在建的軟X射線裝置（SXFEL）和... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：138 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

諧振型FEL工作原理

自放大自發(fā)輻射及相關(guān)運(yùn)行模式SE [16,41,42]是最早提出，也是結(jié)構(gòu)最簡單的高增益 FEL 運(yùn)行模式工作原理如圖 1.2 所示，電子束由直線加速器加速到所需的電子能電子束團(tuán)通過長的波蕩器，在該過程中最初的電子噪聲被逐漸放大，隨著輻射光與電子束相互作用，輻射光被逐漸放大并最終達(dá)到飽E FEL 是目前世界上高增益裝置 FEL 裝置中最常用的 FEL 運(yùn)行模為 SASE 具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)、高峰值功率、橫向續(xù)可調(diào)等。但是由于 SASE FEL 起源于電子噪聲，具有一些固有缺：能量抖動(dòng)、中心波長抖動(dòng)、縱向相干性差等。為克服 SASE 的這些的 FEL 模式被提出�；� SASE 進(jìn)行改進(jìn)的運(yùn)行模式，如 eSASE、iSE[62-64]，這些方案可以改善 SASE 的輻射特性,但這些方案的可靠驗(yàn)證。

圖 1. 3 直接 seed FEL 工作原理此一些基于諧波輻射的外種子 FEL 運(yùn)行模式被相繼提出，最早提出大器（HHG）模式[66-68]。為了進(jìn)一步提高諧波轉(zhuǎn)換次數(shù)，著名的放大（HGHG）[69,70]和回聲增強(qiáng)型諧波放大（EEHG）[71-72]方案，這些運(yùn)行模式能夠有效的產(chǎn)生短波長的全相干的 FEL 輸出。HGH BNL 的余理華教授提出的[66]，其原理圖如圖 1.4 所示，其可以解子束首先被送入調(diào)制器與種子激光相互作用，當(dāng)電子束滿足共振條件種子激光對應(yīng)的能量調(diào)制，然后電子束經(jīng)過 chiane 使能量調(diào)制轉(zhuǎn)化為也就說在電子束中形成與種子激光相對應(yīng)的 bunching 信號。然后ng 的電子束送入輻射波蕩器中產(chǎn)生輻射，通過調(diào)節(jié)波蕩器強(qiáng)度使電子的共振條件，電子束就會(huì)產(chǎn)生種子激光的諧波輻射，諧波信號被放大飽和。HGHG 方案拓寬了外種子激光運(yùn)行模式的輻射波長范圍，但

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]高增益自由電子激光微束團(tuán)的產(chǎn)生與應(yīng)用研究[D]. 王震.中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所) 2016



本文編號：2989950