皮秒微脉冲电子束团诊断

介绍一种基于皮秒扫描相机的微脉冲电子束团诊断系统和实验方法。该系统具有很高的灵敏度、皮秒的时间分辨能力和机动灵活的特点,满足射频直线加速器和储存环上电子束团诊断的要求。在我国,我们首次利用该类系统测量了北京正负电子对撞机(BEPC)储存环中脉冲电子束团的波形和初步测量了北京自由电子激光装置射频直线加速器的微脉冲电子束团的时间分布。     

一种在线式电子束能量测量方法

针对直线感应电子加速器中的束流特点,设计了一种在线式电子束能量测量方法。该方法使用分析磁铁和束位置探测器对电子束团切片平均能量进行测量,避免了束团取样带来的误差及测量过程对束流的影响,可以实现电子能量的在线测量。使用该方法对某强流直线感应电子加速器的电子束团能量进行了测量,获得了电子束团切片平均能量随时间变化的曲线,能量测量不确定度为0.177 MeV,能散度测量不确定度为0.39%。     

基于能量回收技术的光源——ERL光源

能量回收技术将使用后的电子束进行能量回收,用于加速后续束团,可大大减少加速器消耗的射频功率和有害辐射。基于能量回收技术的光源除节能环保外,还具有束团短、发射度低的特点,可有效提高光源的峰值亮度和相干性,是一种很有潜力的未来先进光源。介绍能量回收直线加速器技术的基本原理、相关关键物理问题和技术以及能量回收直线加速器发展现状,最后简要介绍几个国际上提出的典型能量回收直线加速器光源方案。     

束团序列发射的相干同步辐射强度数值计算

提出一个新颖的射频电子束团序列在偏转或者摇摆磁场中发射的相干同步辐射相干迭加导致辐射增强的理论模型,并基此分析和计算了利用BFEL装置的3?0MeV射频直线加速器产生的电子束团序列发射的相干辐射增强效应.由讨论可知,不同的束团产生的相干同步辐射之间存在相干性源于束团间的相干性;这种束团间的相干性引起的辐射增强迭加在单个束团产生的相干辐射功率谱上;随着波长的增长,这种辐射增强呈现规则的高速振荡效应;束团间相干性引起的强度增强近似约为宏脉冲内所含束团数的平方.最后提出利用所设计的毫米波Michelson干涉仪检测BFEL装置的电子束团序列的相干性的实验设想.     

上海软X射线自由电子激光装置束流分配系统设计（英文）

束流分配系统是自由电子激光装置中至关重要的一部分,它可以将直线加速器产生的电子束团分配至不同的波荡器中。提出了一种基于上海软X射线自由电子激光装置的束流分配系统设计方案。针对该方案,详细介绍了三维从头至尾的束团跟踪模拟以及在传输过程中的束流动力学分析,模拟结果表明,该束流分配系统设计可以保证束流发射度增长小于8%,同时可以保证峰值电流、能散以及束团长度在经过该分配系统时未受到破坏。此外,针对束团在直线加速器中的微束团不稳定性和抖动也进行了分析。     

上海软X射线自由电子激光装置束流分配系统设计

束流分配系统是自由电子激光装置中至关重要的一部分,它可以将直线加速器产生的电子束团分配至不同的波荡器中。提出了一种基于上海软X射线自由电子激光装置的束流分配系统设计方案。针对该方案,详细介绍了三维从头至尾的束团跟踪模拟以及在传输过程中的束流动力学分析,模拟结果表明,该束流分配系统设计可以保证束流发射度增长小于8%,同时可以保证峰值电流、能散以及束团长度在经过该分配系统时未受到破坏。此外,针对束团在直线加速器中的微束团不稳定性和抖动也进行了分析。     

皮秒扫描相机在加速器研究中的应用──监测电子束团的纵向分布

本文描述了一台基于皮秒扫描机机的电子束团纵向分布(电子束团长度)测试系统,报道了应用这套系统在中科院高能物理所北京自由电子激光装置(BFFL)S波段射频直线加速器、正负电子对撞机(BEPC)和中国原子能科学研究院L波段注入器(LBINJ)上开展的测量工作.     

一种测量电子束微脉冲时间抖动的新方法

 提出了一种高灵敏度电子束微脉冲时间抖动的测量方法。该方法采用传统的测量束团位置及电荷量的四条带束流位置探头，用混合环对感应信号进行处理，对共振频率为2.856GHz的谐波分量用MIXER与2.856GHz的参考信号进行相位比较，并由此得到电子束团微脉冲时间抖动值。     

BFEL装置短电子束团相干同步辐射产生理论计算与实验设计

分析和数值计算了利用BFEL装置的30MeV射频直线加速器提供的4ps电子束团产生的宽带连续的强相干同步辐射.由讨论可知,该束团可直接用以产生毫米波段相干同步辐射;通过压缩束团宽度至1ps甚至亚ps,可获得宽带连续(覆盖远红外—毫米波段)的强相干辐射.由于这种辐射位于相干辐射的珍稀或空白区,因而具有极高的应用价值.在该波长范围内,相干辐射功率约为非相干辐射的10⁸—10⁹倍.依赖于所选的波长范围和接收角,辐射功率在几百微瓦至毫瓦量级.最后给出辐射产生和束团测量的实验构想.     

利用相干渡越辐射测量电子束团长度的分析与计算

利用相干渡越辐射(CTR)测量短和超短电子束团长度是国际上束测领域新发展的频域测量技术.文中理论分析和数值计算了北京自由电子激光装置的皮秒级的射频电子束团序列产生的CTR,当辐射波长在长于束长(4ps)时,渡越辐射发生相干增强效应;与非相干渡越辐射相比,当λ≥2πσz时,增强的倍数约等于束团中粒子的数目(10⁸);CTR从亚毫米波到毫米波段呈宽带连续谱特性;渡越辐射能量主要集中在轴线附近,宏脉冲辐射能量高达几毫焦.设计采用偏振型束团长度测量系统,利用CTR自相关技术,实验测量该束团序列的纵向长度,并藉助傅里叶变换光谱法,推求束团电子分布.     

外注入式独立调谐微波电子枪的概念设计

为得到微脉冲束团长度在百fs量级且高重复频率,设计了一种紧凑型的强流电子枪结构独立调谐微波热发射电子枪。该电子腔具有双驻波加速腔,两个驻波加速腔之间相互没有耦合,可以分别独立地馈入功率、调节相位。通过优化功率与相位,可以得到较优的束流品质,同时避免了磁铁和激光系统的使用,使得结构更加紧凑。并采用外注入式结构增大流强、降低能散度,同时消除电子反轰对阴极的负面影响。对不同结构参数的腔体进行1维和3维束流动力学计算,可以得到较为理想的腔体参数。通过调节预注入器的馈入功率和粒子入射相位,可以进一步的压缩束团长度。     

合肥光源单束团下束团长度和能散的测量

 根据同步光与储存环中的束流信号具有相同的时间结构的原理,测量同步光脉冲的半高全宽值可以计算出束团的长度。根据合肥光源的特点和实际需要,选择快速光电接收器搭配高速高带宽示波器作为在线测量束团长度和纵向分布等的主要手段。对单束团模式下束团长度随流强和高频腔腔压的变化趋势进行了测量。测量结果表明：束团长度与腔压的0.3次方成反比,比理论值0.5小;而束团长度随流强的增长率为2.0 ps/mA。通过测量纵向量子寿命进行了能散随流强变化的间接测量,结果表明,束团的拉伸是能散变化和势阱效应共同作用的结果。     

Measurement of bunch length evolution in electron beam macropulse of S-band linac using coherent edge radiation

Intense coherent edge radiation (CER) with a power of 0.10 mW was observed in a straight line with an undulator of Kyoto University Free Electron Laser (KU-FEL). To investigate the evolution of a bunch length in a macropulse of an electron beam, a technique was developed using the CER beam. The measured air-extracted CER beam profile has a hollow structure resembling the first-order Laguerre–Gaussian mode with asymmetric intensity in horizontal direction. It roughly agrees with the profile calculated considering the effective area of a deflection mirror employed to extract the beam from the FEL optical cavity into air. The root-mean-squared (RMS) bunch length determined from a measured spectrum of the CER beam is 60 μm for an electron-beam macropulse. Changes in the CER intensity in the electron-beam macropulse were measured by diode detectors with short time constants at two frequencies. The evolution of the RMS bunch length was determined using the ratio of the CER intensity at the two frequencies. It could be concluded that the evolution correlated with the macropulse structure of the FEL power. Therefore, measuring the evolution of the CER intensity at multiple frequencies proved useful to control FEL macropulses.     

100 μm FEL受激辐射光学诊断

 给出了基于L波段射频直线加速器运行的100 μm FEL自发辐射与受激辐射实验的光学诊断结果，简要介绍了100 μm FEL的光腔准直系统。针对100 μm FEL实验研究的基本要求，对辐射信号的波长光谱、功率能量和脉冲结构等主要参数进行了测量诊断。利用远红外光栅谱仪和锗掺镓光电探测器组成的测量系统，对辐射光的宏脉冲信号进行分光，测量得到了辐射光信号的波长光谱和宏脉冲波形，测得受激辐射中心波长约为115 μm；利用标定过的锗掺镓探测器对辐射信号的功率能量进行了测量，测得单个宏脉冲的功率约为mW量级，能量为nJ量级。     

合肥光源横向束流反馈系统中矢量运算单元和光纤陷波滤波器的研制

 合肥光源横向束流反馈系统已经建成,着重介绍了系统中矢量运算单元和光纤陷波滤波器的研制。矢量运算单元中使用混频器控制信号的衰减,调节控制电压的大小以控制反馈信号的相位;光纤陷波滤波器创新性地提出用光纤延时制作陷波滤波器,很好地滤除了信号中的回旋频率分量,节省了反馈功率。     

Thomson backscattering X-rays from ultra-relativistic electron bunches and temporally shaped laser pulses

The process of Thomson scattering of an ultra-intense laser pulse by a relativistic electron bunch has been proposed as a way to obtain a bright source of short, tunable and quasi-monochromatic X-ray pulses. The real applicability of such a method depends crucially on the electron-beam quality, the angular and energetic distributions playing a relevant role. In this paper we present the computation of the Thomson-scattered radiation generated by a plane-wave, linearly polarized and flat-top laser pulse, incident on a counterpropagating electron bunch having a sizable angular divergence and a generic energy distribution. Both linear and nonlinear Thomson-scattering regimes are considered and the impact of the rising front of the pulse on the scattered-radiation distribution has been taken into account. Simplified relations valid for long laser pulses and small values of both scattering angle and bunch divergence are also reported. Finally, we apply the results to the cases of backscattering with electron bunches typically produced with both standard radio-frequency-based accelerators and laser–plasma accelerators.     

On the possibility of the emission of attosecond pulses owing to the interaction of counterpropagating relativistically intense laser pulses with a thin layer of a diluted plasma

A numerical experiment in which two relativistically intense laser pulses are normally incident on a layer of a diluted plasma from two opposite sides is described. The period of Langmuir plasma oscillations is much larger than the pulse duration and the product of this period by the speed of light is much larger than the thickness of the layer. A pulse propagating to the right is incident on the layer earlier than the counter pulse and carries a significant fraction of electrons or all of the electrons from the plasma. Under certain conditions, electrons form a bunch, which contains most of the electrons and has a thickness much smaller than the wavelength of light. The counter pulse perturbs the motion of the bunch and initiates the emission of a short few-cycle pulse, which propagates in the positive direction (to the right), significantly differs in structure from the counter pulse, and has a duration much smaller than the field period in laser pulses.     

Wakefield radiation generated by an electron bunch in a rectangular dielectric waveguide

Vavilov-Cerenkov radiation generated by a relativistic electron bunch in a rectangular waveguide with a transverse-inhomogeneous dielectric filling is analyzed. A method is proposed for constructing an orthogonal basis of the transverse operator, which can be subsequently used for determining the wakefield of the relativistic bunch moving parallel to the waveguide axis. The dispersion equation for the structure is derived and the expressions for the wake field produced by such a bunch are obtained. The formalism described here forms the basis for calculating parameters of the accelerating structure for generator bunches of the Argonne Wakefield Accelerator (AWA) at the Argonne National Laboratory and the FACET complex of the SLAC accelerator. It is shown that using such structures, accelerating field gradients higher than 150 MV/m can be generated at frequencies 20?C35 GHz and exceeding 1 GeV/m in the frequency range ??1 THz.