稳定自由电子激光振荡器波长的数值模拟研究

摘要

自由电子激光(FEL)是由光场与电子相互作用产生的,其中的非线性效应非常丰富,产生的激光的波长也很容易漂移.为了稳定住激光的波长,该文通过修改一维非定态FEL程序,完成了对JLab Demo-IR FEL装置加载稳定波长反馈的模拟研究.我们得到了四点结论:首先,在这样高平均功率的FEL上加载稳定波长的反馈是可行的,能够很好的稳定住波长,并且系统能够稳定的工作.其次,电子束能量改变引起的等效失谐对FEL的影响很大,甚至可能破坏电子束与光脉冲之间的相互作用,降低增益而导致FEL根本无法运行.再次,加入反馈系统的时机最好是在系统达到稳定之后.最后,系统存在本征反馈响应带宽,我们只用加载的反馈带宽在这个本征带宽附近就可以很好的达到目的了,而不必追求理想带宽.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章引言

1.1关于FEL的基本介绍

1.2我们在FEL的模拟中存在的一些问题

1.3本文的工作

第二章FEL基本理论

2.1 FEL基本的单粒子理论

2.1.1电子在静磁场下的运动

2.1.2共振关系

2.1.3 FEL方程

2.1.4边带效应和同步不稳定性

2.1.5超辐射

2.2 FEL中的稳定波长反馈的理论基础

2.2.1负反馈系统的工作原理

2.2.2系统的失谐

第三章关于Thomas Jefferson Lab Demo FEL的基本介绍

3.1 JLab IR-Demo FEL装置的参数

3.2 Demo FEL的发展趋势

第四章初值设置与一般模拟结果

4.1模拟参数的初值设置

4.1.1共振波长

4.1.2电子的脉冲长度和光脉冲长度

4.1.3反馈系统的理想带宽

4.1.4增益曲线和共振波长

4.1.5失谐(Detuning)曲线

4.1.6光的输出

4.2不加稳定波长反馈的模拟结果

第五章稳定波长的模拟结果与分析

5.1采用稳定波长反馈后出现的问题及分析

5.2反馈时机与方式

5.3不同带宽的影响

5.4不同的等效失谐的影响

5.5结论

参考文献

致谢