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太赫兹近场高通量材料物性测试装置直线加速器微波系统研制 被引量:2
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作者 邵琢瑕 张通 +4 位作者 董自强 周泽然 何志刚 王琳 陆亚林 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第1期155-161,共7页
太赫兹近场高通量材料物性测试系统(NFTHZ)中集成了一台波长可调谐的太赫兹自由电子激光器(THz-FEL),该仪器采用电子能量10~18 MeV可调的直线加速器作为注入器。调节驱动激光的纵向/时间结构,可以形成电子束团的预群聚,通过匹配电子束... 太赫兹近场高通量材料物性测试系统(NFTHZ)中集成了一台波长可调谐的太赫兹自由电子激光器(THz-FEL),该仪器采用电子能量10~18 MeV可调的直线加速器作为注入器。调节驱动激光的纵向/时间结构,可以形成电子束团的预群聚,通过匹配电子束团的群聚因子、波荡器入口处电子束能量以及波荡器K值之间的关系,能够实现MW级高峰值功率、中心波长0.5~5 THz可调的太赫兹自由电子激光。微波系统为THz-FEL中电子束加速至目标能量提供了高功率微波电场、加速结构以及微波幅度相位控制系统。本文将针对NFTHZ装置微波系统的关键技术以及电子直线加速器的研制进展进行介绍。 展开更多
关键词 自由电子激光 太赫兹 预群聚电子束 直线加速器 微波系统
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X射线自由电子激光器研究进展
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作者 杨晶 何蕙羽 +3 位作者 刘博 刘旭林 唐靖 王璞 《北京工业大学学报》 北大核心 2025年第11期1470-1484,共15页
X射线作为一种探测原子尺度物质结构的重要工具,已广泛应用于前沿科学研究、医疗诊断、工业检测等领域。X射线自由电子激光器(X-ray free electron laser,XFEL)作为目前世界上最先进的光源之一,以其超高峰值亮度、飞秒级脉冲和全相干特... X射线作为一种探测原子尺度物质结构的重要工具,已广泛应用于前沿科学研究、医疗诊断、工业检测等领域。X射线自由电子激光器(X-ray free electron laser,XFEL)作为目前世界上最先进的光源之一,以其超高峰值亮度、飞秒级脉冲和全相干特性极大推动了X射线技术的发展与应用。全球众多国家和研究机构正积极推进XFEL设施的建设与技术进步。该文论述了XFEL的基本原理、国际上的研究进展与最新技术突破,以及我国在XFEL技术方面的研究进展,并对我国未来的XFEL技术进行了展望。 展开更多
关键词 X射线 自由电子激光器 先进光源 超高峰值亮度 飞秒脉冲 全相干
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紧凑型X射线光源的共振注入方法
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作者 董自强 邵琢瑕 +2 位作者 张通 王琳 陆亚林 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第5期171-176,共6页
针对紧凑型X射线光源的一体化储存环注入系统这一核心问题开展研究。利用三维电磁场仿真软件CST与束流动力学模拟软件ELEGANT,重点对注入系统中的关键元件-扰动器进行多参数优化设计。研究了电子束流在半整数注入过程中的相空间演化规律... 针对紧凑型X射线光源的一体化储存环注入系统这一核心问题开展研究。利用三维电磁场仿真软件CST与束流动力学模拟软件ELEGANT,重点对注入系统中的关键元件-扰动器进行多参数优化设计。研究了电子束流在半整数注入过程中的相空间演化规律,优化了注入元件的结构参数,针对紧凑型储存环优化了注入方案,计算结果显示扰动器相对于注入点的最佳摆放位置是150°~210°,电子束流注入位置相对于平衡轨道为30 mm,扰动器停止工作后电子振幅最小可缩小至3.4 mm。最后分析了紧凑型储存环采用多次多圈注入模式实现束流注入的可行性,计算结果显示扰动器工作频率为3 MHz时可获得最大注入效率。 展开更多
关键词 电子储存环 半整数共振注入 扰动器 一体化磁铁 多次多圈注入
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S波段6 MeV紧凑型电子回旋加速器仿真设计与模拟研究
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作者 董自强 裴士伦 +3 位作者 张通 邵琢瑕 王琳 陆亚林 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第4期86-92,共7页
安徽省先进光子源实验室正在研制一台S波段6 MeV紧凑型电子回旋加速器,可以用于驱动紧凑型微焦点X射线源或用于驱动紧凑型太赫兹自由电子激光。为了得到更紧凑的加速器设计,利用CST电磁工作室对电子回旋加速器二型谐振腔进行了设计与计... 安徽省先进光子源实验室正在研制一台S波段6 MeV紧凑型电子回旋加速器,可以用于驱动紧凑型微焦点X射线源或用于驱动紧凑型太赫兹自由电子激光。为了得到更紧凑的加速器设计,利用CST电磁工作室对电子回旋加速器二型谐振腔进行了设计与计算,谐振腔工作频率为2998.2 MHz,在谐振腔间隙可获得1 MV以上的加速电压,使电子单圈能量增益可达0.9 MeV左右。同时,利用CST粒子工作室对内嵌式热阴极谐振腔的电子产生与加速过程进行了仿真计算,研究了微波功率幅度、磁场强度、热阴极发射位置、束流通道对电子回旋加速器的影响,完成了考虑束流负载情况下的耦合器设计,得到了稳态运行时的谐振腔工作参数。仿真结果表明,束流负载到达稳态时,在热阴极发射能力为20 A/cm^(2)的情况下,可引出流强为24 mA,束流能量为6.02 MeV,能散约为0.64%,束流横向均方根尺寸为3.3 mm×1.8 mm。 展开更多
关键词 电子回旋加速器 谐振腔 束流仿真 束流负载效应 耦合度
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弱导电薄层介质材料电磁耦合等效计算方法研究
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作者 鲍献丰 李瀚宇 周海京 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期187-194,共8页
面向核电磁脉冲等强电磁环境下复合材料壳体平台的电磁环境效应分析需求,根据Maxwell-Ampere定理的积分形式,分析得到了时域有限差分方法在处理弱导电薄层介质材料参数时的等效计算方法,即当介质等效波长远大于模型厚度时,可将薄层模型... 面向核电磁脉冲等强电磁环境下复合材料壳体平台的电磁环境效应分析需求,根据Maxwell-Ampere定理的积分形式,分析得到了时域有限差分方法在处理弱导电薄层介质材料参数时的等效计算方法,即当介质等效波长远大于模型厚度时,可将薄层模型适当增厚,同时等比例减小其电导率,参数等效前后模型的电磁耦合特性基本相同。该方法通过等效增厚薄层材料从而实现增大空间离散步长,减少网格量的目的,不需要改变传统时域有限差分方法的时间步进格式,不会破坏计算的稳定性。无限大有耗介质薄板、薄层球体、含薄层壳体无人机电磁耦合等算例表明,在包含毫米级厚度弱导电介质薄层壳体平台的核电磁脉冲耦合模拟中,该方法具有较好的适用性。 展开更多
关键词 弱导电介质 薄层材料 时域有限差分方法 电磁耦合 等效计算
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基于硅介质光栅的片上太赫兹波源
6
作者 杨积涛 王少萌 +1 位作者 雷于露 杜朝海 《太赫兹科学与电子信息学报》 2024年第1期11-16,共6页
随着太赫兹技术的快速发展,人们对太赫兹技术在通信、光谱学和传感方面的各种应用越来越感兴趣。太赫兹技术发展与应用的基础是高性能的太赫兹源,传统的太赫兹源体积大且需要高功率电源驱动,难以适应集成太赫兹技术的发展,迫切需要研发... 随着太赫兹技术的快速发展,人们对太赫兹技术在通信、光谱学和传感方面的各种应用越来越感兴趣。太赫兹技术发展与应用的基础是高性能的太赫兹源,传统的太赫兹源体积大且需要高功率电源驱动,难以适应集成太赫兹技术的发展,迫切需要研发新机制的微型太赫兹源。本文研究了一种新型微型化自由电子太赫兹辐射器,基于自由电子与其在光栅介质波导结构中激励的太赫兹波的互作用,实现太赫兹波的激励。这项研究为开发高效的片上太赫兹辐射源和拓展先进太赫兹应用提供了新的选项。 展开更多
关键词 太赫兹源 微型化 自由电子辐射 光栅介质波导
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谐波驱动自种子自由电子激光方案模拟
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作者 涂凌君 王晓凡 张未卿 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期162-168,共7页
在自由电子激光(FEL)中,谐波驱动自种子(HLSS)可以减小自放大自发辐射(SASE)机制的辐射带宽、提高X射线波段FEL的谱亮度,其原理已被FLASH、PAL、European XFEL等实验室验证。HLSS可改善SASE FEL的相干性,但同时相对SASE并没有提出新的... 在自由电子激光(FEL)中,谐波驱动自种子(HLSS)可以减小自放大自发辐射(SASE)机制的辐射带宽、提高X射线波段FEL的谱亮度,其原理已被FLASH、PAL、European XFEL等实验室验证。HLSS可改善SASE FEL的相干性,但同时相对SASE并没有提出新的硬件需求,因此可以很方便地应用于国内在建或运行在SASE机制的自由电子激光装置。本文对HLSS方案实现窄带宽效果的原理进行了归纳,给出了波荡器参数的定量条件;随后使用深圳中能高重复频率X射线自由电子激光的典型参数进行模拟,模拟结果表明在出光波长为4.5 nm与6.75 nm时,HLSS的带宽减小至SASE的1/2左右,同时谱亮度提高至2倍左右。 展开更多
关键词 谐波辐射 自种子 自放大自发辐射 窄带宽 纵向相干性 自由电子激光
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基于轨道控制的FEL圆偏振辐射的产生与空间分离
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作者 易怀千 王晓凡 张未卿 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期155-161,共7页
研究了在自由电子激光设施中产生高偏振度圆偏振辐射的技术方案。该方案将工作在反向渐变模式的平面波荡器和常规椭圆极化波荡器以前后连接的方式进行排布,并通过波荡器之间的矫正磁铁对电子束进行轨道控制。在平面波荡器部分利用偏转... 研究了在自由电子激光设施中产生高偏振度圆偏振辐射的技术方案。该方案将工作在反向渐变模式的平面波荡器和常规椭圆极化波荡器以前后连接的方式进行排布,并通过波荡器之间的矫正磁铁对电子束进行轨道控制。在平面波荡器部分利用偏转磁铁使电子束偏向传输,所产生线偏振辐射也将偏轴传播,脉冲能量为0.357μJ。在进入椭圆极化波荡器之前校正电子束的轨道和前进方向,使得带有微群聚结构的电子束沿轴线正向传输,其产生的圆偏振辐射能量为92.39μJ。圆偏振辐射将沿轴向传输,在一定距离后可实现其与线偏振辐射在空间上的分离。通过数值模拟分析了电子束偏转对辐射光性质所产生的影响。 展开更多
关键词 自由电子激光 圆偏振辐射 反向渐变波荡器 电子束偏转
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中物院高功率THz FEL装置的理论分析和优化设计 被引量:13
9
作者 窦玉焕 束小建 +2 位作者 邓德荣 杨兴繁 黎明 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期662-666,共5页
在1~3THz频段内设计了11个分点频率,对每一频率的对应的场强和电子束能量进行了选取和计算。模拟结果表明:采用目前参数基本能够达到设计要求;辐射频段在2.6THz附近时装置输出功率和增益都比较高,可以先锁定这个频段附近进行实验的调试... 在1~3THz频段内设计了11个分点频率,对每一频率的对应的场强和电子束能量进行了选取和计算。模拟结果表明:采用目前参数基本能够达到设计要求;辐射频段在2.6THz附近时装置输出功率和增益都比较高,可以先锁定这个频段附近进行实验的调试;在长波段即1THz左右时,滑移效应显著,腔增益和输出功率较低,实验实现比较困难,因此在1THz频段附近必须积极想办法来提高输出功率。 展开更多
关键词 自由电子激光 光腔 太赫兹 数值模拟
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北京自由电子激光装置的设计研究 被引量:12
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作者 谢家麟 庄杰佳 +3 位作者 钟世材 王友智 应润杰 毛成生 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1989年第4期289-305,共17页
北京自由电子激光装置(BFEL)是一台工作在中红外区的康普顿型FEL振荡器。由一台30MeV的射频电子直线加速器提供电子束。特点之一是用微波电子枪作为高亮度注入器。本文首先概述了BFEL的一般情形和物理参数.接着用解析公式和模拟的方法... 北京自由电子激光装置(BFEL)是一台工作在中红外区的康普顿型FEL振荡器。由一台30MeV的射频电子直线加速器提供电子束。特点之一是用微波电子枪作为高亮度注入器。本文首先概述了BFEL的一般情形和物理参数.接着用解析公式和模拟的方法论证了电子束的设计目标和激光器的运转特征。最后阐述了BFEL各部分采取的技术路线的特点,内容包括微波枪、加速器和微波系统、调制器、输运系统、摇摆磁铁、光学腔、电子束诊断、准直、自发辐射和激光实验。 展开更多
关键词 自由电子激光 微波电子枪 自发辐射
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高平均功率太赫兹自由电子激光装置设计 被引量:13
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作者 许州 杨兴繁 +12 位作者 黎明 束小建 鲁向阳 黄文会 窦玉焕 王汉斌 柏伟 沈旭明 徐勇 邓德荣 单李军 张德敏 陈亚男 《太赫兹科学与电子信息学报》 2013年第1期1-6,共6页
为满足材料和生物医学等研究需要,中国工程物理研究院(中物院)提出了高平均功率太赫兹自由电子激光(THzFEL)用户装置研制项目。该装置采用准连续波运行的工作模式,太赫兹平均功率约为10W。通过调节电子束能量和摇摆器的磁场强度... 为满足材料和生物医学等研究需要,中国工程物理研究院(中物院)提出了高平均功率太赫兹自由电子激光(THzFEL)用户装置研制项目。该装置采用准连续波运行的工作模式,太赫兹平均功率约为10W。通过调节电子束能量和摇摆器的磁场强度,装置输出波长可在100gin(3THz)~300μm(1THz)进行调节,以满足不同用户的研究需要。装置主要包括电子源、主加速器、混合型摇摆器、激光谐振腔、太赫兹传输与探测系统等。装置将使用直流高压光阴极注入器作为电子源,主加速器为超导加速器,超导加速器后的电子束能量约8MeV。该装置将建立成为一个用户装置。 展开更多
关键词 太赫兹 自由电子激光 光阴极注入器 超导加速器
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太赫兹自由电子激光器的成像原理及进展 被引量:8
12
作者 王骐 迟欣 李琦 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期643-646,共4页
主要介绍了几种自由电子激光器进行太赫兹成像的原理和方法,并给出了俄罗斯和韩国等研究人员最近一两年的实验结果。指出现在太赫兹成像正向三维成像的方向发展。
关键词 激光器 成像系统 太赫兹 小型 高能 自由电子激光器
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曙光一号自由电子激光器的理论计算 被引量:6
13
作者 杨震华 田世洪 +2 位作者 董志伟 王泰春 武玉璞 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1991年第2期155-172,共18页
系统总结曙光一号自由电子激光器理论计算的主要结果:包括曙光一号装置主要参数的选取和理解;磁场失谐曲线的计算;常参数摇摆器和变参数摇摆器的主要结果;高阶波导模的贡献;电子束参数扰动对激光性能的影响;空间电荷效应等。计算结果表... 系统总结曙光一号自由电子激光器理论计算的主要结果:包括曙光一号装置主要参数的选取和理解;磁场失谐曲线的计算;常参数摇摆器和变参数摇摆器的主要结果;高阶波导模的贡献;电子束参数扰动对激光性能的影响;空间电荷效应等。计算结果表明,常参数摇摆器激光输出功率可达80MW,效率约50%;变参数摇摆器激光输出功率可达250MW左右,效率约16%。 展开更多
关键词 自由电子激光 激光器 摇摆器
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异质结构光子晶体微腔实现多通道可调谐滤波 被引量:8
14
作者 陈颖 王文跃 +1 位作者 范卉青 卢波 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第10期3399-3403,共5页
为解决WDM系统中多信道同时滤波问题,设计并研究了缺陷对一种异质结构光子晶体多通道滤波器的调制机制,结果表明:在光子晶体环形滤波通道中引入点缺陷形成复合缺陷,可克服光子晶体环形腔结构的多模特性,实现单通道内的单纵模滤波;对于... 为解决WDM系统中多信道同时滤波问题,设计并研究了缺陷对一种异质结构光子晶体多通道滤波器的调制机制,结果表明:在光子晶体环形滤波通道中引入点缺陷形成复合缺陷,可克服光子晶体环形腔结构的多模特性,实现单通道内的单纵模滤波;对于各个通道,复合缺陷中点缺陷的折射率对输出端透射谐振波长具有调谐作用,且对各通道的可调谐滤波作用彼此独立,随着点缺陷折射率的增大,输出的谐振波长出现红移现象。所设计的异质结构结构光子晶体对WDM系统实现多信道滤波功能提供理论和设计参考。 展开更多
关键词 可调谐滤波 光子晶体 复合缺陷 多通道
原文传递
上海深紫外自由电子激光装置中激光与束流的精确同步(英文) 被引量:4
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作者 刘波 王兴涛 +7 位作者 陈建辉 邓海啸 冯超 兰太和 林国强 王东 张猛 张彤 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1265-1269,共5页
介绍了一种基于相干辐射测量的激光-电子束同步方法,描述了实现空间及时间同步的基本原理、步骤和细节,并利用这种方法在上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)上实现了电子束与激光之间亚ps量级的精确同步,为基于外种子激光的高增益高... 介绍了一种基于相干辐射测量的激光-电子束同步方法,描述了实现空间及时间同步的基本原理、步骤和细节,并利用这种方法在上海深紫外自由电子激光装置(SDUV-FEL)上实现了电子束与激光之间亚ps量级的精确同步,为基于外种子激光的高增益高次谐波产生(HGHG)、回声型谐波产生(EEHG)和级联HGHG自由电子激光实验奠定了坚实的基础。还利用这种手段对不同条件下的电子束纵向特性进行了测量和分析。 展开更多
关键词 自由电子激光 电子束 同步 相干辐射测量
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S波段1+腔热阴极微波电子枪研究 被引量:6
16
作者 刘锡三 黄孙仁 +10 位作者 许州 张之福 蔡公和 施将君 胡克松 邓仁培 金晓 李伟峰 黄苹苹 卢和平 陶祖聪 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1994年第2期161-170,共10页
叙述了1+腔热阴极微波电子枪设计、制造与调试的情况。该枪已于1992年12月调试出束,经过一年多的调试运行,测量了电子束的发射度和能谱,得到了满意的结果。当输入功率约1.1MW时,输出电子束最大能量1MeV,平均电子... 叙述了1+腔热阴极微波电子枪设计、制造与调试的情况。该枪已于1992年12月调试出束,经过一年多的调试运行,测量了电子束的发射度和能谱,得到了满意的结果。当输入功率约1.1MW时,输出电子束最大能量1MeV,平均电子能量0.6MeV,宏脉冲电流1A,宏脉冲宽度约2μa,重复频率50Hz,微波工作频率2997.75MHz,束流归一化发射度ε_n≈5πmm·mrad。 展开更多
关键词 热阴极 电子枪 微波电子枪
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自由电子激光振荡器的三维数值模拟 被引量:8
17
作者 王泰春 王元璋 +1 位作者 张治畴 姚军 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 1995年第1期25-34,共10页
仔细地考查了与三维自由电子激光振荡器物理方程组相应的3-Ⅰ程序的可靠性。在此基础上使用该程序计算、分析了在电子束与光束同轴条件下,当电子束参数如能散度、发射度、束流等参量改变时三维自由电子激光的一些基本规律。
关键词 自由电子激光 振荡器 三维数值模拟
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中物院太赫兹自由电子激光装置现状及升级计划 被引量:4
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作者 周奎 李鹏 +18 位作者 周征 肖德鑫 王建新 王汉斌 罗星 单李军 沈旭明 和天慧 劳成龙 闫陇刚 徐勇 张鹏 陈立均 王伟俊 刘宇 刘婕 杨兴繁 吴岱 黎明 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期123-129,共7页
中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CAEP THz FEL,CTFEL)是国内唯一运行的基于超导加速器的高平均功率自由电子激光太赫兹源,具有频率连续在线可调(0.1~4.2 THz)、高峰值功率(>0.5 MW)、高平均功率(>10 W)、高重频(54.17 ... 中国工程物理研究院太赫兹自由电子激光装置(CAEP THz FEL,CTFEL)是国内唯一运行的基于超导加速器的高平均功率自由电子激光太赫兹源,具有频率连续在线可调(0.1~4.2 THz)、高峰值功率(>0.5 MW)、高平均功率(>10 W)、高重频(54.17 MHz)、短脉冲(~ps)、窄线宽(~2%)、全相干和线性偏振等特点。自2017年出光以来,已稳定运行了四年多,并开展了诸多应用实验研究。为进一步满足用户需求,CTFEL计划升级为一台红外太赫兹自由电子激光装置,电子束能量提升至最大50 MeV,频谱范围拓展至0.1~125 THz,同时,建设材料光谱和生物医学两个实验站。 展开更多
关键词 自由电子激光 太赫兹 红外 超导加速器 用户实验站
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我国自由电子激光技术发展战略研究 被引量:6
19
作者 李鹏 黎明 +2 位作者 吴岱 周征 唐淳 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2020年第3期35-41,共7页
自由电子激光(FEL)光源是一种基于电子直线加速器的大型科研装置,广泛应用于凝聚态物理、先进材料与表面物理、原子分子物理、化学、生物等基础科学研究。FEL技术的进步将促使光源向更高功率和更短波长发展,以满足日益增长的用户需求。... 自由电子激光(FEL)光源是一种基于电子直线加速器的大型科研装置,广泛应用于凝聚态物理、先进材料与表面物理、原子分子物理、化学、生物等基础科学研究。FEL技术的进步将促使光源向更高功率和更短波长发展,以满足日益增长的用户需求。本文从FEL的技术特点出发,论述了技术发展的必要性,研判了现阶段国内外FEL技术发展现状并凝练我国领域发展面临的问题。研究提出了我国FEL技术的发展思路,在2035年前着力在长波波段FEL、X射线FEL、新型FEL、基于FEL的极紫外(EUV)光刻光源等方面取得突破。研究建议:制定科学发展战略、保障科研攻关实施,加强基础投入、提高自主创新水平,加强多方合作、促进科技成果转化,促进研究与应用结合、推动市场应用,加强科技人才培养,以此推进我国FEL领域的稳健发展。 展开更多
关键词 自由电子激光 红外太赫兹光源 极紫外光刻光源 X射线自由电子激光
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远红外自由电子激光光腔改进的模拟分析 被引量:6
20
作者 窦玉焕 束小建 王元璋 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期1345-1348,共4页
提出在中物院远红外自由电子激光光腔中全程采用波导对光场进行约束,利用计算光束与电子束横向叠合因子分析了光腔中是否加入波导管对腔内净增益的影响。模拟了减小波导管间隙和提高扭摆器峰值磁场场强对腔内增益的影响。3维数值模拟... 提出在中物院远红外自由电子激光光腔中全程采用波导对光场进行约束,利用计算光束与电子束横向叠合因子分析了光腔中是否加入波导管对腔内净增益的影响。模拟了减小波导管间隙和提高扭摆器峰值磁场场强对腔内增益的影响。3维数值模拟计算表明在光腔中加入波导使扭摆器净增益由-6%提高到约25%;波导管的间隙每缩小2mm,腔内净增益提高7%~15%;场强每提高0.02T,腔内净增益可增加5%~10%。 展开更多
关键词 远红外自由电子激光 波导 数值模拟 净增益
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