Эффекты модуляции пучка в лазерах на свободных электронах

• Автор: Серов, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ
Введение
1.1 Взаимодействие сгустка частиц с электромагнитной волной
в лазере на свободных электрона
1.2 Экспериментальное исследование работы параметрического лазера на свободных электронах
1.3 Численный расчет коэффициента усиления лазера, учитывающий модуляцию параметров электронного пучка
при его инжекции в лазер
1.4 Экспериментальное исследование работы лазера, использующего поворотный магнит вместо ондулятора
1.5 Экспериментальное исследование работы лазера, использующего открытый резонатор
Заключение
Литература
ГЛАВА 2. ИЗЛУЧЕНИЕ ЗАРЯДА ПРИ ЕГО ДВИЖЕНИИ ПО КОНЕЧНОЙ ТРАЕКТОРИИ
Введение
2.1 Экспериментальное исследование низкочастотного излучения релятивистских частиц, движущихся по дуге окружности
2.2 Расчет спектрально-угловых и поляризационных характеристик низкочастотного излучения релятивистских частиц, движущихся по дуге окружности
2.3 Об измерении переходного излучения на расстояниях от точки перехода сравнимых с длиной формирования

Заключение
Литература
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОГО ТРЕНИЯ НА РАБОТУ ЛАЗЕРА НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ
Введение
3.1 Влияние радиационного трения на коэффициент усиления
3.2 Влияние радиационного трения на фазовое пространство
пучка
3.3 Радиационное взаимодействие электронов в ондуляторе
3.4 Радиационные силы в сгустке конечных размеров
3.5 Влияние когерентных радиационных сил на фазовое движение частиц
Заключение
Литература
ГЛАВА 4. ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ЧЕРЕЗ НЕОДНОРОДНУЮ ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ВОЛНУ
Введение
4.1 Пространственное распределение частиц, отражаемых электромагнитным лучом
4.2 Численное исследование движения сгустка
4.3 Аналитическое описание движения сгустка
4.4 Пондеромоторная сила пропорциональная < Е4 >
Заключение
Литература
Заключение

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время перспективы решения многих задач в различных областях физики и смежных наук тесно связаны с созданием новых источников электромагнитного излучения. Современные задачи предъявляют все более высокие и зачастую противоречивые требования к характеристикам источников: энергии фотонов, монохроматичности, диапазону перестойки, степени поляризации, интенсивности. В связи с этим не ослабевает интерес к разработке и созданию новых источников излучения.
Одним из таких источников является лазер на свободных электронах, конструкция которого отличается как от приборов классической электроники (убитронов, ЛБВ), так и от квантовых генераторов (лазеров). Излучающие электроны в традиционных лазерах связаны в атоме, молекуле или кристалличекой решетке. Именно эти связи определяют энергетические уровни, задающие частоту индуцированного излучения при квантовых переходах. В квантовых генераторах энергия связанных электронов имеет тот же порядок, что и энергия излучаемого кванта. Большая мощность излучения достигается за счет большого количества элементарных излучателей, работающих в фазе друг с другом. Плотность излучателей в лазере на свободных электронах гораздо меньше, чем в традиционном лазере, но полная энергия каждого из излучателей на много больше энергии одного кванта. Поэтому увеличение мощности излучения достигается за счет многократного, последовательного испускания квантов одним электроном.
Достоинствами ЛСЭ, открывающими большие возможности для их применения, являются широкий диапазон частот излучения, возможность непреывной перестойки частоты, высокие импульсные и средние мощности. В последние десятилетия, особенно после успешных экспериментов /1,2/, выполнено большое число исследований, направленных на выяснение физической природы процессов в лазере на свободных электронах, на использование новых принципов усиления. По мере проведения исследований результаты систематизируются в обзорных статьях и монографиях /3-5/. Созданы лазеры на которых ведутся не только работы по исследованию физики процесса генерации, но и большое число прикладных работ. Ежегодно проходят Международные конференции по физике лазеров на свободных электронах и Рабочие совещания по ис-пользовению лазеров. Труды конференций публикуются в специальных выпусках журнала Nuclear Instruments and Methods /6-9/.

Ь,см
Рис.1.13. Зависимость коэффициента усиления (2 от расстояния между поворотным магнитом и ондулятором.
Сплошная кривая - поля электромагнитной волны и ондулятора неоднородны в поперечном направлении, штриховая - поля однородны
скорости частиц, скользит относительно пучка, то в зависимости от расстояния между поворотным магнитом и ондулятором одни и те же частицы будут попадать в ондулятор при различных фазах волны. Для того чтобы модуляция пучка по поперечным координатам приводила к увеличению интенсивности излучения, необходимо чтобы замедляемые частицы, отдающие энергию волне, двигались вблизи оси ондулятора в максимальном поле волны. Период осцилляций интенсивности излучения равен расстоянию на котором волна обгонит пучок на одну длину волны. Такая зависимость согласуется с экспериментально измеренной. Расчеты показывают, что подбирая расстояние между магнитом и ондулятором, можно за счет использования модуляции пучка в поперечном направлении увеличить коэффициент усиления лазера.
Следует заметить, что модуляция плотности в Продольном направлении также присутствует при движении пучка в данной установке и влияет на интенсивность излучения. Поэтому при проведенном расчете фазовая группировка пучка автоматически учитывалась. Чтобы разделить вклады вносимые в интенсивность излучения продольной фазовой модуляцией и модуляцией поперечных координат пучка, был проведен расчет взаимодействия пучка с волной в данной установке в том случае, когда поля электромагнитной волны и ондулятора не зависили от поперечных координат. Считалось, что поля волны и ондулятора не изменялись при перемещении в поперечном направлении и были такими же как и на оси. В этом случае эффективность взаимодействия частицы с электромагнит-