高重复频率自由电子激光的新机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 颜佳伟 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 邓海啸 |
| 关键词 | 自由电子激光 束流动力学 高重复频率运行 高维多目标优化 相干能量调制的自放大 |
| 英文摘要 | 由于具有短波长、高峰值亮度、全相干、短脉冲等优越性能,X射线自由电子激光(XFEL)已经成为生物、化学、材料科学、凝聚态物理等多个学科领域的关键工具。近年来,为了获得高平均功率的辐射脉冲同时提高装置的可用性,基于超导直线加速器的高重复频率XFEL被提出并迅速成为领域前沿。高重复频率XFEL将极大的拓宽FEL的应用范围,但同时也带来了一系列的挑战。连续波XFEL很难通过改变加速结构的触发频率等传统方法来实现束团的能量控制,这限制了各条波荡器线的辐射波长调节范围。在本论文中,我们首次提出并设计了一套束流能量控制系统以实现在连续波XFEL中逐束团的能量控制。基于上海高重复频率硬X射线FEL装置的模拟结果表明,这套装置可以实现在1.5到8.7 Ge V之间连续的能量调节。超大带宽XFEL是近年来提出的新运行机制,对X射线谱学与晶体学等实验有着重要意义。对于高重复频率XFEL的关键问题是,如何在不改变已有装置布局与元件的前提下,获得带宽尽可能大的XFEL辐射脉冲。在本论文中,我们首次将高维多目标优化算法NSGA-III用于加速器领域,对过压缩运行模式的工作点进行系统设计,从而优化最终的输出带宽。由于缺乏具有高峰值功率且高重复频率的种子激光系统,外种子型XFEL很难高重复频率运行。在本论文中,我们首次提出相干能量调制的自放大机制用于将初始的能量调制放大1-2个数量级,从而极大的放松对种子激光的要求。基于上海软X射线自由电子激光装置已有的条件,我们完成了这个机制的原理性验证实验并且实现了对初始相干能量调制超过25倍的放大。在实验中,我们仅利用了1.8倍切片能散的能量调制实现了单级HGHG的7次谐波辐射与两级级联HGHG的30次谐波辐射。这是目前国际上“谐波次数/调制深度”的最好结果。该实验为未来建设兆赫兹量级的外种子型XFEL铺平了道路。激光与相对论电子束团在波荡器中持续的相互作用是XFEL的基本原理。在本论文中,我们首次在实验上验证并测量了激光与电子束在单块二极磁铁中的相互作用,揭示了最基本的FEL过程。此外,基于相干能量调制的自放大机制,我们实验证明了在二极磁铁中获得的能量调制可以用于单级HGHG的6次谐波辐射。该实验说明二极磁铁可以用来作为引入激光-束流相互作用的新工具,从而实现更加紧凑的激光加热器或者适用于激光等离子体加速器的调制段。这为设计未来的新型相干光源提供了新思路。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33839]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 颜佳伟. 高重复频率自由电子激光的新机制研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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