基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器的研究

孟现柱; 王明红

doi:doi:10.3788/AOS202040.1014001

光学学报, 2020, 40 (10): 1014001, 网络出版: 2020-04-28

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Smith-Purcell Free Electron Laser Based on T-Shaped Grating

孟现柱 ^*王明红

作者单位

聊城大学物理科学与信息工程学院山东省光通信科学与技术重点实验室, 山东聊城 252059

图 & 表

图 1. SP FEL的原理图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 1. Schematic diagram of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

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图 2. 光栅的参数。 (a) T形光栅;(b)矩形光栅

Fig. 2. Parameters of gratings. (a) T shape grating; (b) rectangular grating

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图 3. SP FEL的模拟图

Fig. 3. Simulation geometry of SP FEL

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图 4. SP FEL电子注的动能沿z轴分布图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 4. Distribution of kinetic energy along z axis of electron beam in SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

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图 5. SP FEL输出功率的变化曲线。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 5. Evolution curve of output power of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

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图 6. SP FEL的频谱分布图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 6. Corresponding FFT spectra of field power at output port of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

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表 1SP FEL的谐振腔参数和电子束参数

Table1. Resonator parameters and electron beam parameters of the SP FEL

Parameter	Width of resonator /mm	Length of resonator /mm	Height of resonator /mm	Transverse size of beam /mm	Beam voltage /kV	Current /A	Number of periods
Value	1.5	36.9	0.75	0.5	50	10	32
Parameter	Period length of grating D /mm	Slot width of grating w /mm	Slot depth of grating d /mm	Gate width of T grating slot w' /mm		Inner depth of T grating slot d' /mm
Value	0.3	0.2	0.15	0.1		0.1

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孟现柱, 王明红. 基于T形光栅的史密斯-珀塞尔自由电子激光器的研究[J]. 光学学报, 2020, 40(10): 1014001. Xianzhu Meng, Minghong Wang. Smith-Purcell Free Electron Laser Based on T-Shaped Grating[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(10): 1014001.

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图 1. SP FEL的原理图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 1. Schematic diagram of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

图 2. 光栅的参数。 (a) T形光栅;(b)矩形光栅

Fig. 2. Parameters of gratings. (a) T shape grating; (b) rectangular grating

图 3. SP FEL的模拟图

Fig. 3. Simulation geometry of SP FEL

图 4. SP FEL电子注的动能沿z轴分布图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 4. Distribution of kinetic energy along z axis of electron beam in SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

图 5. SP FEL输出功率的变化曲线。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 5. Evolution curve of output power of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

图 6. SP FEL的频谱分布图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 6. Corresponding FFT spectra of field power at output port of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

表 1SP FEL的谐振腔参数和电子束参数

Table1. Resonator parameters and electron beam parameters of the SP FEL

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图 1. SP FEL的原理图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 1. Schematic diagram of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

图 2. 光栅的参数。 (a) T形光栅;(b)矩形光栅

Fig. 2. Parameters of gratings. (a) T shape grating; (b) rectangular grating

图 3. SP FEL的模拟图

Fig. 3. Simulation geometry of SP FEL

图 4. SP FEL电子注的动能沿z轴分布图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 4. Distribution of kinetic energy along z axis of electron beam in SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

图 5. SP FEL输出功率的变化曲线。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 5. Evolution curve of output power of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

图 6. SP FEL的频谱分布图。(a)基于T形光栅的SP FEL;(b)基于矩形光栅的SP FEL

Fig. 6. Corresponding FFT spectra of field power at output port of the SP FEL. (a) SP FEL based on T shape grating; (b) SP FEL based on rectangular grating

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