基于电子储存环纵向相干辐射产生机制的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李昌亮 |
| 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 | 姜伯承 |
| 关键词 | 储存环 自由电子激光 角色散驱动微聚束 斜入射激光 纵向相干辐射 |
| 英文摘要 | 同步辐射光源(synchrotron radiation light source)和自由电子激光(free-electron laser,FEL)的出现,为物理、化学、生命科学、材料科学和能源科学等学科领域带来了前所未有的革命性研究工具,极大地促进了相关科学的发展,40余项诺贝尔奖都与光源技术和应用直接相关。基于电子储存环的同步辐射光源现今已经成为支撑多学科开展基础和应用研究的一种最主要的大科学平台。同步辐射光源具有光谱覆盖范围广、平均亮度高、脉冲能量稳定和同时支持多用户运行等诸多优点。诞生于20世纪60年代的储存环同步辐射光源,已经历了三代的发展演化,目前正在朝着亮度更高、横向相干性更好的第四代——衍射极限储存环光源发展,其平均亮度可以达到10~(21-22)photons/s/mm~2/mrad~2/0.1%BW量级,但此时衍射极限环中电子束发射度已接近光子的衍射极限,利用减小电子束发射度实现亮度提升的技术路线基本走到了尽头。在“后衍射极限时代”如何进一步提升光源综合性能,是全世界光源科学家竞相追求的共同目标。基于直线加速器的FEL具有超高的峰值亮度以及超短的脉冲结构,其超高的峰值亮度与电子束纵向群聚效应产生的纵向相干性密切相关。若能将储存环与FEL的优点相结合,基于储存环产生脉冲长度在百飞秒至几十皮秒量级可调、横纵向全相干、较高峰值亮度的短波长辐射,则可以极大地增强储存环的性能,拓展其应用范围,满足大部分超高能量分辨率,超快实验和纳米空间分辨实验的需求。基于此背景下,设想利用FEL的运行机制,在储存环的电子束中引入微聚束产生纵向相干性,这样即使没有高增益过程,辐射亮度也可以比插入件产生的自发辐射高2～6个量级。FEL的运行机制主要包含两大类——自放大自发辐射(SASE)和外种子激光调制方案。SASE的自发辐射来源于电子束起始噪声,因而其纵向相干性较差。外种子激光调制方案有高增益高次谐波产生(HGHG)、回声谐波放大产生(EEHG)以及相位聚合谐波产生(PEHG)等类型,但这些方案所需要的能量调制幅度较大,会引入很大的电子束能散,破坏储存环中电子束的品质,严重影响储存环的正常运行。本文将采用先进的电子束调制方法——角色散驱动微聚束(ADM)机制来产生纵向相干辐射,该方案充分利用了储存环垂直发射度较低的优点,通过操纵电子束横、纵向相空间,将较小的电子束垂直发散角映射到电子束的纵向位置上,产生电子束纵向的群聚,进而产生纵向相干辐射,该方案的最大优势就是只需要很弱的能量调制幅度就可以产生很强的高次谐波辐射,并且此方案的磁聚焦结构(lattice)非常简单,可以非常方便的在储存环中实施。本文详细的介绍了ADM方案的物理机制,并创新性地将ADM机制与第四代衍射极限环相结合,产生了横纵向全相干的辐射光,其重复频率高达10 k Hz,平均亮度高达10~(24)photons/s/mm~2/mrad~2/0.1%BW量级,比第四代衍射极限环光源高两个量级。同时,本文还研究了ADM机制的另一种方案——斜入射激光调制方案,该方案的特点是利用斜入射的种子激光在波荡器中与电子束相互作用,对电子束进行能量与角度的双重调制,以此产生种子激光的高次谐波辐射。为了提高斜入射激光调制方案的谐波转化效率需要很大的beta函数,考虑到此方案与储存环的兼容性问题,采用旁路(bypass)设计可以很好的解决该问题。本文给出了斜入射激光调制方案具体合理的lattice结构,并给出了bypass lattice设计的具体方案实例。最后,本文还给出了部分可逆转稳态微聚束(reversible SSMB)的研究,该研究为将来实现reversible SSMB奠定了前期基础。总之,本论文的研究展现了下一代光源发展的一种可能方案,是未来光源发展的一个备选方案。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33861]  |
| 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 | 李昌亮. 基于电子储存环纵向相干辐射产生机制的研究[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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