RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 10, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2021

 / 

Март

←  →

Приборы и методы исследований


Излучение ондуляторов и лазеров на свободных электронах с аналитическим учётом гармоник поля и внеосевых эффектов


Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, Ленинские горы 1 стр. 2, Москва, 119991, Российская Федерация

Дано аналитическое описание генерации гармоник ондуляторного излучения (ОИ) в обобщённом эллиптическом ондуляторе с гармониками поля. Полученные аналитические выражения для обобщённых функций Бесселя и Эйри описывают линии спектра и интенсивность ОИ в общем и в частных случаях двухчастотного плоского и спирального ондуляторов, а также для других эллиптических и плоских ондуляторов. Аналитически учтено влияние конечного размера пучка электронов, его эмиттанса, отклонения положения электронов от оси, разброса энергии электронов и отклоняющих постоянных магнитных компонент. Полученные аналитические выражения выделяют вклады каждой компоненты поля, параметров пучка и ондулятора в генерацию гармоник излучения. С применением аналитической модели однопроходных лазеров на свободных электронах (ЛСЭ) исследована эволюция мощности гармоник в экспериментах на ЛСЭ LCLS, LEUTL и SACLA. Проанализировано влияние параметров пучка и ондулятора на генерацию гармоник. Показано, что сильные вторые гармоники излучения в экспериментах вызваны зарегистрированным отклонением траекторий электронов от оси на ~15 мкм на длине усиления ЛСЭ 1,5 м в рентгеновском ЛСЭ LCLS и большим сечением пучка, ~200 мкм, в ЛСЭ LEUTL. Результаты моделирования полностью согласуются с экспериментами, что подтверждает справедливость представленного теоретического описания мощности и спектральной плотности излучения в ЛСЭ.

Текст pdf (976 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2020.06.038803
Ключевые слова: ондулятор, магнитное поле, лазер на свободных электронах, генерация гармоник
PACS: 41.60.−m, 41.60.Ap, 41.60.Cr (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2020.06.038803
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2021/3/d/
000656123500004
2-s2.0-85107956412
2021PhyU...64..304Z
Цитата: Жуковский К В "Излучение ондуляторов и лазеров на свободных электронах с аналитическим учётом гармоник поля и внеосевых эффектов" УФН 191 318–330 (2021)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 26 декабря 2019, доработана: 2 апреля 2020, 29 июня 2020

English citation: Zhukovsky K V “Undulator and free-electron laser radiation with field harmonics and off-axis effects taken into account analytically” Phys. Usp. 64 304–316 (2021); DOI: 10.3367/UFNe.2020.06.038803

Список литературы (64) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (20) Похожие статьи (9)

  1. Гинзбург В Л Изв. АН СССР Сер. физ. 11 165 (1947)
  2. Motz H, Thon W, Whitehurst R N J. Appl. Phys. 24 826 (1953)
  3. McNeil B W J, Thompson N R Nat. Photon. 4 814 (2010)
  4. Pellegrini C, Marinelli A, Reiche S Rev. Mod. Phys. 88 015006 (2016)
  5. Schmüser P et al Free-Electron Lasers in the Ultraviolet and X-Ray Regime. Physical Principles, Experimental Results, Technical Realization (Springer Tracts in Modern Physics) Vol. 258 (Cham: Springer, 2014)
  6. Huang Z, Kim K-J Phys. Rev. ST Accel. Beams 10 034801 (2007)
  7. Margaritondo G, Ribic P R J. Synchrotron Rad. 18 101 (2011)
  8. Margaritondo G Riv. Nuovo Cimento 40 411 (2017)
  9. Bordovitsyn V A (Ed.) Synchrotron Radiation Theory and Its Development in Memory of I.M. Ternov (World Scientific Series on Synchrotron Radiation Techniques and Applications) Vol. 5 (Singapore: World Scientific, 1999)
  10. Margaritondo G Synchrotron Radiation. Basics, Methods and Applications (Eds S Mobilio, F Boscherini, C Meneghini) (Berlin: Springer, 2015) p. 29
  11. Placzek W et al Acta Phys. Pol. B 50 1191 (2019)
  12. Saldin E L, Schneidmiller E A, Yurkov M V The Physics of Free Electron Lasers (Berlin: Springer, 2000)
  13. Bonifacio R, Pellegrini C, Narducci L Opt. Commun. 50 373 (1984)
  14. Nakao N et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 407 374 (1998)
  15. Sharma G, Mishra G, Gehlot M JINST T01002 (2014)
  16. Bazouband F, Maraghechi B J. Plasma Phys. 81 905810305 (2015)
  17. Asakawa M et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 318 538 (1992)
  18. Asakawa M et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 358 399 (1995)
  19. Asakawa M et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 375 416 (1996)
  20. Iracane D, Bamas P Phys. Rev. Lett. 67 3086 (1991)
  21. Halbach K J. Phys. Colloques 44 C1-211 (1983)
  22. Halbach K J. Appl. Phys. 57 3605 (1985)
  23. Prakash B et al Optik 127 1639 (2016)
  24. Huse V et al Chin. Phys. Lett. 31 034101 (2014)
  25. Lee K et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 776 27 (2015)
  26. Jeevakhan H, Mishra G Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 656 101 (2011)
  27. Gupta V, Mishra G Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 574 150 (2007)
  28. Gupta V, Mishra G Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 556 350 (2006)
  29. Yang Y, Ding W Phys. Plasmas 5 782 (1998)
  30. Schmidt T et al Proc. of the 36th Intern. Free Electron Laser Conf., FEL 2014, Basel, Switzerland, 25 - 29 August 2014 (Editorial Board: J Chrin, S Reiche, V R W Schaa) (Basel: JACoW, 2015) p. 116; http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/FEL2014/papers/mop043.pdf
  31. Temnykh A B Phys. Rev. ST Accel. Beams 11 120702 (2008)
  32. Nuhn H-D et al Proc. of the 37th Intern. Free Electron Laser Conf., FEL 2015, Daejeon, Korea, 23 - 28 August 2015 (Editorial Board: H S Kang, D-E Kim, V R W Schaa) (Daejeon: JACoW, 2015) p. 757; http://accelconf.web.cern.ch/FEL2015/papers/wed01.pdf
  33. Henderson J R et al New J. Phys. 18 062003 (2016)
  34. Emma P Proc. of the 23rd Particle Accelerator Conf. 4 - 8 May 2009, Vancouver, British Columbia, Canada (Vancouver: TRIUMF, 2010) p. 3115; http://accelconf.web.cern.ch/PAC2009/papers/th3pbi01.pdf
  35. Emma P et al Nat. Photon. 4 641 (2010)
  36. Ratner D et al Phys. Rev. ST Accel. Beams 14 060701 (2011)
  37. Milton S V et al Science 292 2037 (2001)
  38. Biedron S G et al Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 483 94 (2002)
  39. Алферов Д Ф, Башмаков Ю А, Бессонов Е Г ЖТФ 43 2126 (1973); Alferov D F, Bashmakov Yu A, Bessonov E G Sov. Phys. Tech. Phys. 18 1336 (1974)
  40. Алферов Д Ф, Башмаков Ю А, Черенков П А УФН 157 389 (1989); Alferov D F, Bashmakov Yu A, Cherenkov P A Sov. Phys. Usp. 32 200 (1989)
  41. Багров В Г и др Теория излучения релятивистских частиц (Под ред. В А Бордовицына) (М.: Физматлит, 2002)
  42. Багров В Г, Тернов И М, Холомай Б В Излучение релятивистских электронов в продольном периодическом электрическом поле кристалла (Томск: ТФ СО АН СССР, 1987)
  43. Dattoli G, Mikhailin V V, Ottaviani P L, Zhukovsky K V J. Appl. Phys. 100 084507 (2006)
  44. Винокуров Н А, Левичев Е Б УФН 185 917 (2015); Vinokurov N A, Levichev E B Phys. Usp. 58 850 (2015)
  45. Бессонов Е Г "К теории источников ондуляторного излучения" Препринт №18 (М.: ФИАН СССР, 1982)
  46. Алексеев В И, Бессонов Е Г Труды VI Всесоюзного совещания по использованию синхротронного излучения "СИ-84" (Новосибирск: ИЯФ СО АН СССР, 1985) с. 92
  47. Черенков П А (Отв. ред.) Ондуляторное излучение, лазеры на свободных электронах (Труды ФИА) Т. 214 (М.: Наука, 1993); http://proceedings.lebedev.ru/0214-1993/
  48. Bessonov E G Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 282 405 (1989)
  49. Alekseev V I, Bessonov E G Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A 308 140 (1991)
  50. Калитенко А М, Жуковский К В ЖЭТФ 157 394 (2020); Kalitenko A M, Zhukovskii K V J. Exp. Theor. Phys. 130 327 (2020)
  51. Zhukovsky K Results Phys. 13 102248 (2019)
  52. Zhukovsky K J. Synchrotron Rad. 26 1481 (2019)
  53. Jeevakhan H, Mishra G Opt. Commun. 335 126 (2015)
  54. Zhukovsky K J. Electromagn. Waves Appl. 28 1869 (2014)
  55. Zhukovsky K V Prog. Electromagn. Res. B 59 245 (2014)
  56. Gould H W, Hopper A T Duke Math. J. 29 51 (1962)
  57. Dattoli G, Renieri A, Torre A Lectures on the Free Electron Laser Theory and Related Topics (Singapore: World Scientific, 1993)
  58. Dattoli G J. Appl. Phys. 84 2393 (1998)
  59. Dattoli G, Ottaviani P L Opt. Commun. 204 283 (2002)
  60. Dattoli G, Ottaviani P L, Pagnutti S "Booklet for FEL desing: a collection of practical formulae" ENEA Report RT/2007/40/FIM (2007)
  61. Inoue I et al Nat. Photon. 13 319 (2019)
  62. Zhukovsky K Results Phys. 19 103361 (2020)
  63. Zhukovsky K Symmetry 12 1258 (2020)
  64. Zhukovsky K J. Synchrotron Rad. 27 1648 (2020)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение