强激光与粒子束
2022, 34(3): 031013
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 四川省国防科技工业办公室, 成都 610051
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
4 北京大学 重离子物理研究所, 北京100871
5 清华大学 工程物理系, 北京 100084
中国工程物理研究院基于超导射频直线加速器的谐振腔型太赫兹自由电子激光(CTFEL)于2017年8月29日16时首次饱和出光，并稳定运行，中心频率2.56 THz，谱宽1.9%，宏脉冲平均功率大于5.7 W。
自由电子激光 太赫兹 光阴极直流高压电子枪 射频超导加速器 平面型波荡器 free electron laser oscillator Terahertz photocathode high-voltage DC electron gun superconducting RF linac planar undulator 强激光与粒子束
2017, 29(10): 100101
1 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621999
针对中物院高功率太赫兹自由电子激光(THz FEL)装置, 结合目前FEL实验的实际情况, 完成了THz波段波导光腔对光腔品质影响的理论分析和模拟计算, 确定了不同频段实验所需合适的波导间隙。理论分析与数值模拟表明, 光腔加入波导管后减少了腔损耗, 使腔内增益提高约30%。完成了不同波导间隙在不同频段的影响计算, 并确定了不同频段合适的波导间隙。进一步考察了波导间隙在14 mm和22 mm时对光腔质量及品质的影响。
自由电子激光 太赫兹 光腔 波导 数值模拟 Free Electron Laser Terahertz optical resonator waveguide numerical simulations 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(5): 702
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
讨论了高平均功率自由电子激光太赫兹源波荡器的物理设计, 在确定了波荡器周期、周期数、峰值磁场强度范围和调制参数范围等总体参数后, 选用混合型Halbach结构为波荡器的基本结构, 永磁块长宽高为8 cm×1.3 cm×6 cm, 磁极长宽高为5 cm×0.6 cm×4.8 cm。波荡器工作在变间隙模式下, 间隙为1.81~3.05 cm时, 波荡器峰值磁场为0.529~0.184 T, 好场区为3.02~2.13 cm。同时, 考虑到波荡器磁场误差对自由电子激光的影响, 提出了波荡器各参数误差, 并对波荡器端部设计进行了重点讨论。
自由电子激光 波荡器 太赫兹源 高平均功率 free electronic laser undulator terahertz source high average power
1 北京应用物理与计算数学研究所， 北京100094
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心， 四川 绵阳 621900
在对中国工程物理研究院高功率太赫兹(THz)自由电子激光(FEL)装置理论分析和设计的基础上，针对目前THz FEL光腔设计面临的主要难点，提出了椭圆型耦合输出光腔的设计方案，并对椭圆型耦合输出光腔代替传统FEL光腔的优势、光腔品质、耦合效率等进行了分析研究。研究表明，椭圆型耦合光腔的设计更适合目前THz FEL波导光腔的光斑特点，可使光腔输出功率提高33%以上，输出耦合效率即光腔品质可提高30%~70%;随着辐射频率的提高，椭圆孔耦合输出光腔的优势提高更为明显。
太赫兹 自由电子激光 光腔 耦合设计 terahertz free-electron laser optical resonator coupling design
1 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
2 中国工程物理研究院 太赫兹研究中心, 四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
在1~3 THz频段内设计了11个分点频率, 对每一频率的对应的场强和电子束能量进行了选取和计算。模拟结果表明:采用目前参数基本能够达到设计要求;辐射频段在2.6 THz附近时装置输出功率和增益都比较高, 可以先锁定这个频段附近进行实验的调试;在长波段即1 THz左右时, 滑移效应显著, 腔增益和输出功率较低, 实验实现比较困难, 因此在1 THz频段附近必须积极想办法来提高输出功率。
自由电子激光 光腔 太赫兹 数值模拟 free-electron laser optical resonator terahertz numerical simulations
1 中国工程物理研究院 研究生部, 北京 100088
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
利用传输矩阵法对太赫兹自由电子激光光腔光子晶体镜进行了模拟设计，中心波段在1~3 THz。对光腔镜的光子晶体结构参数如介质厚度、层数、折射率与反射率的关系等进行了研究，并给出了一维光子晶体用于高反镜的设计方法。通过对耦合输出镜光子晶体中引入缺陷层情况的数值模拟，发现通过对缺陷层的调节设计，可以实现耦合输出率的可调谐；并给出了可用于THz 自由电子激光光腔耦合输出镜的调节方法。通过对介质层厚度的调节设计，可以实现反射光谱的整体移动，从而实现宽谱可调谐，扩大了高反镜及耦合输出镜的调节范围。
自由电子激光器 光腔 太赫兹 光子晶体 可调谐 free electron laser optical resonator terahertz photonic crystal dynamically tunable
1 中国工程物理研究院,研究生部,北京100088
2 北京应用物理与计算数学研究所,北京100088
利用1维非定态程序对单程自由电子激光(FEL)放大器放大线性啁啾脉冲的过程进行了数值模拟,得到了不同啁啾参数的脉冲通过FEL放大器的增益曲线,计算了不同啁啾参数的脉冲被单程FEL放大器放大后的腔外压缩情况.通过对数值模拟结果的定性分析得出:影响输出脉冲宽度和峰值功率的主要因素是FEL放大器的增益线宽和啁啾参数,并以此说明,通过先使用FEL放大器放大啁啾脉冲、然后再将其在腔外压缩的方法产生超短脉冲FEL是可行的.
自由电子激光 放大器 啁啾脉冲 数值模拟
提出在中物院远红外自由电子激光光腔中全程采用波导对光场进行约束,利用计算光束与电子束横向叠合因子分析了光腔中是否加入波导管对腔内净增益的影响.模拟了减小波导管间隙和提高扭摆器峰值磁场场强对腔内增益的影响.3维数值模拟计算表明在光腔中加入波导使扭摆器净增益由-6%提高到约25%;波导管的间隙每缩小2 mm,腔内净增益提高7%～15%;场强每提高0.02 T,腔内净增益可增加5%～10%.
远红外自由电子激光 波导 数值模拟 净增益
1 中国工程物理研究院北京研究生部,北京,100088
2 北京应用物理与计算数学研究所,北京,100088
利用修改的一维非定态程序,基于美国杰弗逊实验室(JLab)Demo自由电子激光装置的参数,对高功率自由电子激光振荡器稳定波长的反馈系统进行了数值模拟.电子微脉冲为高斯型分布,每个纵向网格中取16个模拟宏电子,不考虑电子束的能散度.结果表明:当无反馈时,腔内光功率和波长都可以在一定范围内稳定;加入反馈后,由于电子束能量的变化所引起的等效失谐对整个系统有着重要的影响,甚至可能导致电子和光场失去相互作用,从而使得装置不能工作.提出应该在光场达到饱和以后再启动稳定波长反馈系统.模拟结果证明,该实施方案是合理有效的,可以避免其对FEL运行的严重影响.
自由电子激光 稳定波长负反馈 数值模拟 失谐 Free-electron laser Wavelength stabilization feedback Numerical simulation Detuning
