Исследование лазеров на свободных электронах и лазерного ускорения электронов

• Автор: Артемьев, Александр Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление
Введение
Актуальность темы
Цель работы
Научная новизна
Защищаемые положения
Практическая ценность работы
Публикации и апробация работы
Структура и объем диссертации
Содержание работы
1. Лазерное ускорение электронов в вакууме в присутствии постоянного поперечного магнитного поля
1.1 Введение
1.2 Математическая постановка задачи
и методы ее решения
1.3 Изменение энергии электрона в первом порядке теории возмущений
1.4 Изменение энергии электрона во втором порядке теории возмущений при
7 » 7о
1.5 Качественная интерпретация ускорения в области высоких энергий, при
7 » 7о
1.6 Отсутствие ускорения при низких энергиях, 7 С
1.6 Оценки и сопоставление с результатами численного моделирования
1.7 Выводы к главе
2. Лазер на свободных электронах, основанный на эффекте Смита- Пар-селла
2.1 Введение
2.2 Конфигурация поля
2.3 Уравнения движения и метод их решения
2.4 Решение уравнений движения в первом порядке теории возмущений
2.5 Решение уравнений движения во втором порядке теории возмущений
2.6 Коэффициент усиления
2.7 Оценки и обсуждение результатов

3. Режим глубокой модуляции лазера на свободных электронах на среде с периодически модулированным показателем преломления
3.1 Введение
3.1.1 Механизм усиления
3.1.2 Постановка задачи и результаты
3.2 Световое поле в среде с модулированным показателем преломления
3.2.1 Типы модулированных сред
3.2.2 Модель периодически модулированной среды
3.2.3 Общие уравнения
3.2.4 Матричный вид бесконечной системы уравнений для собственных
мод электромагнитного поля
3.2.5 Алгоритм нахождения мод электромагнитного поля при помощи усеченной системы уравнений и критерий применимости использованного алгоритма
3.2.6 Второй критерий допустимости использования
усеченных матричных уравнений
3.2.7 Структура электромагнитной моды
в окрестностях запрещенных зон
3.3 Условия реализации режима глубокой модуляции
3.3.1 Критерии глубокой и малой модуляции диэлектрической проницаемости среды
3.3.2 Режим глубокой модуляции газоплазменной среды
3.3.3 Режим глубокой модуляции среды типа сверхрешетки
3.4 Взаимодействие электрона со световой волной
3.4.1 Коэффициент усиления, поле насыщения и эффективность ЛСЭ
3.4.2 Оптимизация параметров ЛСЭ
3.4.2.1 Максимальный коэффициент усиления
3.4.2.2 Поле насыщения
3.4.2.3 Связь между коэффициентом усиления за проход и КПД
3.4.3 Требования к качеству среды и электронного пучка
3.5 Численные расчеты
3.5.1 Газоплазменная среда
3.5.1.1 Рабочие параметры ЛСЭ при малом периоде модуляции
3.5.1.2 Рабочие параметры ЛСЭ при большом периоде модуляции
3.5.1.3 Функционирование ЛСЭ на газоплазменной среде, при частоте и, близкой к и>ртах, и различных периодах модуляции
3.5.1.4 Обсуждение результатов для газоплазменных сред
3.5.2 Сверхрешеточные структуры
3.5.2.1 Рабочие параметры ЛСЭ при различных частотах
3.5.2.2 Оптимизация работы ЛСЭ при большом коэффициенте усиления
3.5.2.3 Рабочие параметры ЛСЭ при различных периодах модуляции
3.6 Аналогия между ЛСЭ СПМПП, черенковским ЛСЭ и
ЛСЭ на резонансном переходном излучении
3.7 Результаты главы

3.8 Приложение. Методы создания периодически модулированных сред
Заключение
Список литературы
Публикации автора по теме диссертации

ке энергия, запасенная в лазерном фокусе, должна быть минимально возможной. Следовательно, угловая ширина А9 лазерного пучка должна быть как можно большей. Однако избыточно большие значения А9, Ав А> Авс уменьшают эффективность взаимодействия электрона с полем лазерного излучения. Таким образом, оптимальное значение Аворь ~ Д#с> гДе ДС! определяется выражением (1.25). Соответствующие оптимальные значения продольного и поперечного размеров фокуса имеют вид
/{А9с)2 и Л1/3Л2/3,
аорЬ« х/Авс« л2/31/3,
(1.27)
где, как и прежде, Л — длина волны лазерного излучения, а і? = £/еНо — ларморовский радиус.
В случае жесткой фокусировки, А9 А> А9С, эффективность ускорения электрона убывает обратно пропорционально А9 и выражение (1.23) может быть приведено к виду
Д£(1)/£0 = (еЕо/тш) віп {ф0)(А9)~1 А%)|9=(7с/27)2/з. (1.28)
Зависимость Д1) от А9 при фиксированной амплитуде Ео лазерного поля в центре фокальной области изображена на рисунке (1.5).

Рис. 1.5 Относительное изменение энергии электрона, 58/80 как функция угла расходимости лазерного пучка в. Интенсивность лазерного излучения в фокальном центре постоянна.
Существование критического угла фокусировки лазерного пучка (1.25) имеет следующее объяснение. Согласно уравнению (1.10) в случае 7 > 70, характерное время <0 взаимодействия электрона с полем лазерного излучения примерно равно (ш£12)-1/3. Так как скорость света с мы приняли равной единице, то это же выражение определяет характерную длину области