基于FEL的THz源的光腔设计及仿真研究

论文摘要

基于自由电子激光的太赫兹（FEL-THz）源不仅可以获得大功率输出,而且波长在大范围内连续可调,可覆盖整个THz频段甚至更高,是实现大功率THz源的最佳途径之一。光腔是FEL装置中的重要组成部分,光与电子束的相互作用,FEL光场的发展和演化都是在光腔中完成的,因此需要很好的设计光腔。本文在研究FEL基本原理的基础之上,对基于FEL的THz源的束流参数敏感性和光腔设计等问题进行了研究。通过分析束流参数敏感性,结合加速器的实际技术水平,在预期的THz辐射要求下,确定了一组合理的束流设计参数值。在给定的束流设计参数和摇摆器参数情况下,进一步完成了近共心光腔的设计与优化,以获得所需的THz辐射。主要工作包括光腔结构的设计、腔镜材料的选取、光腔参数设计和光腔部分优化,分析了光腔损耗、耦合输出、腔长失谐等问题。并对拟设计的基于FEL的THz源光腔提出了改进措施,通过计算光束与电子束的横向叠合因子,分析了波导光腔对光束的约束作用,同时考察了波导对滑移的抑制作用。最后利用FELO程序代码验证了拟设计的FEL-THz源的辐射性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 研究目的、意义及主要研究内容
• 2 FEL 基本理论
• 2.1 电子在磁场中的运动
• 2.2 谐振关系
• 2.3 电子群聚
• 2.4 FEL 理论模型
• 3 FEL-THZ 源束流参数的设计与分析
• 3.1 引言
• 3.2 FEL 增益机制
• 3.3 束流参数敏感性
• 3.4 小结
• 4 FEL-THZ 源的光腔结构设计与优化
• 4.1 引言
• 4.2 光腔基本结构设计
• 4.3 光腔性能分析与优化
• 4.4 小结
• 5 FEL-THZ 源的 THZ 辐射性能的仿真验证
• 5.1 引言
• 5.2 解析计算
• 5.3 TIME-DEPENDENT 仿真
• 5.4 耦合输出特性
• 5.5 失谐曲线
• 5.6 小结
• 6 总结
• 6.1 主要完成的工作
• 6.2 可能存在的问题及改进措施
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文