【摘要】：上海X射線自由電子激光裝置(SXFEL)作為第四代光源,同時(shí)具備高亮度、短脈沖、空間全相干、波長連續(xù)可調(diào)等一系列優(yōu)點(diǎn),在物理、化學(xué)、生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。作為產(chǎn)生輻射的媒質(zhì),電子束團(tuán)的峰值流強(qiáng)對自由電子激光的飽和輸出至關(guān)重要。在實(shí)驗(yàn)中,為了得到理想的峰值流強(qiáng),電子束團(tuán)要經(jīng)過一系列束團(tuán)壓縮器進(jìn)行壓縮,其長度往往在亞皮秒量級,甚至達(dá)到百飛秒以內(nèi)。因此,在已知束團(tuán)電荷量的情況下,束團(tuán)長度測量是上海X射線自由電子激光裝置實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、飽和輻射輸出的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文詳細(xì)調(diào)研了國際上頂尖自由電子激光實(shí)驗(yàn)室針對電子束長的主流測量手段,并決定采用基于相干渡越輻射(CTR)的測量技術(shù)對SXFEL裝置的束團(tuán)長度進(jìn)行測量。在實(shí)現(xiàn)同樣時(shí)間分辨率的情況下,與其它束團(tuán)長度測量技術(shù)相比,CTR測量技術(shù)是一種更為簡單經(jīng)濟(jì)的測量手段。本文首先系統(tǒng)研究了CTR束團(tuán)長度測量技術(shù)的基本原理和電子束團(tuán)縱向分布重建方法,通過利用標(biāo)準(zhǔn)紅外光源對該測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,可以反解出束團(tuán)形狀因子,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電子束團(tuán)縱向分布的重建,為進(jìn)一步探索自由電子激光輻射新機(jī)制,比如HGHG,EEHG,積累技術(shù)儲備。在此基礎(chǔ)上,針對SXFEL裝置的束流參數(shù)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套以邁克爾遜干涉儀和Golay Cell為核心元件的束團(tuán)長度測量系統(tǒng)。理論和模擬分析顯示,該測量系統(tǒng)的束團(tuán)長度測量范圍為:20fs-3ps,可以很好地滿足SXFEL裝置的測量需求。鑒于前述束團(tuán)長度測量技術(shù)是一種多發(fā)、平均的束團(tuán)長度測量手段,要求電子束流具有很好的穩(wěn)定性,本文還針對基于CTR的束團(tuán)長度單發(fā)測量技術(shù)進(jìn)行了探討,為SXFEL裝置進(jìn)一步發(fā)展單發(fā)、實(shí)時(shí)的束團(tuán)長度測量技術(shù)作鋪墊。緊接著,我們在SXFEL裝置上搭建了測量系統(tǒng),并進(jìn)行了測量實(shí)驗(yàn),成功實(shí)現(xiàn)了束團(tuán)長度測量。為了驗(yàn)證該測量方案的可信度,我們利用束團(tuán)壓縮器的壓縮比對測量位置處束團(tuán)長度進(jìn)行了估算。通過對比不同加速相位下束團(tuán)長度的CTR實(shí)驗(yàn)測量值與理論估算值,證明了基于CTR實(shí)驗(yàn)的束團(tuán)長度測量結(jié)果可靠性。另外還通過零相位法、偏轉(zhuǎn)腔法對束團(tuán)長度進(jìn)行了測量研究,進(jìn)一步驗(yàn)證了CTR實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：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)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL506
【圖文】：

到為利用同步輻射而專門建造的第二代同入件的第三代同步輻射光源，目前已經(jīng)成為世界上應(yīng)，同時(shí)也是數(shù)量最多的在線運(yùn)行大規(guī)模科學(xué)裝置。同、從紅外到硬 X 射線的廣闊頻譜等優(yōu)異特性，作為物理、材料科學(xué)、生命科學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域得到了廣的成功。過去幾十年來，世界各國，尤其是發(fā)達(dá)國家建設(shè)第三代同步輻射裝置以發(fā)展本國科技，例如美國hoton Source）、歐盟的 ESRF 裝置（European Synchrot的 Sping-8 裝置（Super Photon ring-8GeV）、中國的上F，Shanghai Synchrotron Radiation Facility）等。隨著需要更高亮度、更短脈沖的光源，并對光源的空間相于電子存儲環(huán)的尺寸，以及電子束團(tuán)在儲存環(huán)中非相輻射的亮度、脈沖時(shí)間、空間相干性等方面有所突破

第一章 緒論.1 對 SXFEL 自由電子激光裝置的意義自由電子激光是利用優(yōu)質(zhì)相對論性電子束團(tuán)在波蕩器（Undu的光場或外種子激光相互作用，進(jìn)而產(chǎn)生超強(qiáng)電磁輻射的裝置多國家，尤其是發(fā)達(dá)國家，正在建設(shè)或已經(jīng)建設(shè)完成短波長自在我國，由中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所承擔(dān)建設(shè)的上海光試驗(yàn)裝置 SXFEL 已于 2016 年底出光，目前正在升級為用

圖 1.3 德國 FLASH 裝置 SASE 模式下的電子束團(tuán)縱向相空間和縱向分布 SASE 模式產(chǎn)生的 FEL[25-26]，由于其縱向相干性極差，輻射功率帶寬比較寬，嚴(yán)格意義上講，并不是真正的激光。通過利用一束EL 高增益放大時(shí)的種子激光（seed laser），可以很大程度上提高 的時(shí)間相干性，并改善其光譜帶寬。近十幾年來，科學(xué)家們先后G和EEHG兩種FEL輻射模式[27-30]。通過利用調(diào)制波蕩器（Modu

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本文編號：2777754