Теория и расчет физических процессов в лазерах на свободных электронах с нерегулярной магнитной системой

• Автор: Шевченко, Олег Александрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ГЛАВА 1. УРАВНЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ЛСЭ

1.1. Движение электрона в ондуляторе в присутствии внешней

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ

1.1.1. Система координат и выражение для гамильтониана в параксиальном приближении

1.1.2. Поле ондулятора

1.1.3. Выражения для векторных потенциалов

1.1.4. Усредненные уравнения движения электрона в ондуляторе

1.2. Поле излучения электронного пучка в ондуляторе

1.2.1. Уравнение для комплексных амплитуд векторного потенциала

1.2.2. Излучение одного электрона

1.2.3. Излучение электронного пучка

1.3. Интегральное уравнение на функцию распределения
1.3.1. Общий вид уравнения
1.3.2. Одномерная модель
1.3.3. Случай слабого сигнала
1.3.4. Случай стационарного тока
ГЛАВА 2. ПРОГРАММА RON ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ МАГНИТНЫХ СИСТЕМ ЛСЭ
2.1. Алгоритм численного решения
2.1.1. Представление поперечной структуры электронного пучка
2.1.2. Распределение начальных координат и токов элементарных пучков
2.1.3. Метод решения интегральных уравнений
2.1.4. Элементы магнитной структуры и описание поперечного движения

2.1.5. Представление результатов вычислений
2.2. Примеры расчетов с использованием программы RON
2.2.1. Сравнение результатов работы программы с точными решениями
2.2.2. Лазер на свободных электронах для Сибирского центра фотохимических исследований
2.2.3. Проект ультрафиолетового ЛСЭ на накопительном кольце Дюкского университета (ОК - 5)
2.2.4. Оптимизация параметров ЛСЭ, работающего в режиме сверхлюминесценции
ГЛАВА 3. НЕКОТОРЫЕ АНАЛИТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Квазилинейная теория насыщения для ЛСЭ с большим усилением
3.1.1. Вывод квазилинейных уравнений
3.1.2. Численное решение квазилинейных уравнений
3.1.3. Вклад высших гармоник
3.2. Уравнение для двухчастичной корреляционной функции
3.2.1. Вывод кинетических уравнений
3.2.2. Случай стационарного тока и однородного ондулятора
3.2.3. Случай холодного пучка
3.3. Ширина линии для ЛСЭ с малым усилением
3.3.1. Модель и основные уравнения
3.3.2. Явное решение уравнений для случая несгруппированного пучка
ГЛАВА 4. ПРОЕКТ КОЛЬЦЕВОГО ЛСЭ
4.1. Общая схема и принцип работы кольцевого ЛСЭ
4.2. Аналитические оценки параметров ЛСЭ
4.2.1. Длина ондуляторных секций

4.2.2. Разгруппировка пучка в повороте
4.2.3. Ширина спектра излучения
4.3. Пример расчета кольцевого ЛСЭ с длиной волны 50 нм
4.4. Одна из возможных схем ускорителя для кольцевого ЛСЭ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

величины у,, в остальном они полностью эквивалентны пустым промежуткам.
Корректоры не оказывают влияния на фокусировку, но меняют среднюю траекторию движения пучка. Их основное предназначение заключается в моделировании ошибок поля ондуляторов и поперечного смещения линз. Корректоры, как и линзы, считаются тонкими, их действие сосредоточено в узлах разбиения.
Повороты разделяют магнитную структуру на несколько секций. С вычислительной точки зрения каждая такая секция представляет из себя отдельный ЛСЭ. После поворота излучение из предыдущих секций отбрасывается, а группировка и другие параметры пучка передаются в качестве начальных условий на вход следующей секции. Повороты были введены в программу для того, чтобы иметь возможность моделировать работу кольцевого ЛСЭ.
Согласно сделанным предположениям поперечное движение элементарных пучков не зависит от поля излучения и модуляции энергии, оно полностью определяется заданием элементов магнитной структуры и начальных условий, поэтому расчет поперечного движения производится в самом начале программы для всей магнитной структуры. Заметим, что в случае рассматриваемой магнитной структуры функция от поперечных координат q-vo пучка, которая возникает под интегралом в выражении для ^(г), является постоянной на каждом отрезке разбиения. Следовательно, для нахождения коэффициентов Кч„т и в системе уравнений (2.7-2.8)
необходимо знать координаты центров элементарных пучков и параметры Твисса только в узлах разбиения.
Расчет поперечного движения в программе производится следующим образом: вначале вычисляются транспортные матрицы отрезков разбиения, затем находятся значения синусоподобных и косинусоподобных решений