等离子体填充喇曼型自由电子激光的理论研究

论文摘要

自由电子激光（Free-Electron Laser,简称FEL）由于具有频带宽、频率可调、光束质量好、激光效率高等优点在许多领域有着广泛的应用前景,许多国家的科研机构都在从事这方面的研究。等离子体填充的自由电子激光是FEL 研究领域的重要方向,它有利于改善器件的性能,并且在这个方面已取得了重要的成果。本文对等离子体填充喇曼型的自由电子激光（FEL）作了广泛深入的研究,主要内容包括:研究了热等离子体填充的FEL;分析了具有引导磁场的等离子体填充的FEL;进一步探讨了具有引导磁场的双电子注FEL。本文首先对自由电子激光的基本原理作了简单的介绍,并就自由电子激光常用的线性理论作了简单阐述。在此基础上,利用流体理论导出了热等离子体加载FEL 的色散方程,利用数值求解的方法对热等离子体加载FEL 的基本特性作了详细的分析。在等离子体加载的FEL 中引入纵向的引导磁场,把引导磁场对等离子体的影响等价为一个回旋频率,导出了色散方程,通过对色散方程的数值求解,研究了引导磁场的引入对FEL 增长率的影响。在这个基础上,把等离子体考虑成具有一定的初速度,就可以把等离子体等价为具有一定初速度的电子注,这样就创新性的建立具有引导磁场的双电子注的FEL 物理模型,分析了双电子注的速度差及引导磁场对FEL 增长率的影响。本论文通过对等离子体填充喇曼型的自由电子激光的研究,得到了一些具有一定价值的研究结果:1) 分析了热等离子体的引入对FEL 增长率的影响。研究表明:温度 的引入使得FEL 的增长率有一定的增加,并且存在一个对应γ的最佳等离子体温度使FEL 的增长率达到最大值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 自由电子激光的基本概念
• 1.2 自由电子激光的发展概述
• 1.3 自由电子激光的特性
• 1.4 自由电子激光的国内外研究动态
• 1.5 具有背景等离子体的 FEL 研究进展
• 1.6 论文的主要工作及创新
• 第二章 自由电子激光的基本理论
• 2.1 自由电子激光的基本原理
• 2.1.2 相干
• 2.1.2 受激放大
• 2.1.3 群聚
• 2.2 自由电子激光的线性理论
• 2.2.1 基本方程
• 2.2.2 FEL 的色散关系
• 2.2.3 高增益的康普顿区域
• 2.2.4 高增益的喇曼区域
• 2.2.5 低增益的康普顿区
• 2.3 小结
• 第三章 热等离子体加载 FEL 的线性分析
• 3.1 物理模型
• 3.2 色散方程
• bz和δn_b/ n_Ob'>3.2.1 求解δv_bz和δn_b/ n_Ob
• pz和δn_p/ n_op'>3.2.2 求背景等离子体δv_pz和δn_p/ n_op
• 3.2.3 色散方程
• 3.3 色散方程的特性
• 3.4 小结
• 第四章 具有引导磁场等离子体填充的 FEL
• 4.1 物理模型
• 4.2.2 等离子体的电流密度
• 4.3 色散方程
• 4.4 数值求解
• 4.5 小结
• 第五章 具有引导磁场双电子注的 FEL
• 5.1 物理模型
• 5.2 基本方程
• 5.2.1 电子注1 的扰动密度及扰动速度
• 5.2.1 电子注2 的扰动密度及扰动速度
• 5.3 色散方程
• 5.4 数值求解
• 5.5 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士论文期间发表的论文