сравнительный анализ феноменологического и численного моделирования экспериментов с однопроходными лазерами на свободных электронах

摘要

В работе проводится моделирование эволюции гармоник излучения в однопроходном лазере на свободных электронах (ЛСЭ) с помощью феноменологической модели, в которой учитываются все основные потери для каждой из гармоник в отдельности. Результаты моделирования сравниваются с соответствующими экспериментами на ЛСЭ и расчётами, проведённым нами с помощью программы PERSEO. Рассматривается широкий диапазон длин волн 0,15÷500 нм. Феноменологическое описание, основанное на использовании нескольких основных параметров ЛСЭ, таких как сила тока пучка электронов, их средняя энергия, разброс энергий и эмиттанс, даёт результаты, хорошо соответствующие экспериментам LEUTL, SPARC, LCLS в различных условиях. Также изучается эволюция мощности излучения, банчинга и разброса энергий электронов в ЛСЭ Spring 8 в стадии доработки. Показана необходимость улучшения характеристик пучка электронов для генерации гармоник в этом ЛСЭ. Феноменологическая модель позволяет провести быструю оценку работы действующих и будущих ЛСЭ; с её помощью можно моделировать ЛСЭ с практически любыми ондуляторами с учётом высших гармоник их магнитного поля. Более того, модель позволяет легко описать различные эффекты в конструируемых ЛСЭ, например с расфазировкой электронов и фотонов, фильтрацией гармоник и другими особенностями.