Beam Loading Compensation in the Main Linac of CLIC
多束团束流负载补偿是紧凑型直线对撞机（CLIC）主直线加速器中的一个重要问题。聚束到聚束的能量变化必须保持在千分之一以下。在CLIC中，RF功率是通过使驱动束减速来获得的，该驱动束通过合并多个短聚束串而形成。一个解决主直线加速器中束流负载的有前途的方案是基于改变驱动束中束团串的长度。该方案及其预期的性能。
2000-08-18 physics.acc-ph
The Jefferson Lab 1 kW IR FEL
杰斐逊实验室（JLab）红外演示自由电子激光（FEL）已完成调试，并开始用户服务。自由电子激光器是一种高重复率、低提取效率的摆动器驱动的光学谐振腔，可在3-6微米波长范围内产生超过1千瓦的可调谐光。它是由一个35-48 MeV，5 mA超导RF（SRF）的能量回收连续波（CW）电子直线加速器驱动。驱动器加速器满足低能量、高电流的要求，以及在摇摆器和能量回收期间对严格的束流控制的要求。这些限制是由六维相空间管理的需要，有害的集体现象（空间电荷，尾场，光束分裂，和相干同步辐射）的存在，以及自由电子激光和加速器RF之间的相互作用。我们将详细介绍系统设计、调试要点，并讨论当前性能。
2000-08-03 physics.acc-ph
Progress on Experiments towards LWFA-driven Transverse Gradient Undulator-Based FELs
自由电子激光（FEL）被认为是激光尾场加速器（LWFA）的重要应用。已经发现，从最先进的LWFAs离开的电子聚束呈现出与常规直线加速器中的那些相当的归一化的6维束亮度。由于极端的初始条件，特别是在光束发散度和能量扩散方面，有效地利用基于LWFA的自由电子激光的这种有益的光束特性是具有挑战性的。目前正在探索几种不同的方法，用于捕获，整形和匹配LWFA光束，以适合波荡器，如聚束减压或横向梯度波荡器计划。在这篇文章中，横向梯度波荡器的概念将讨论与最近的实验成果的重点。
2017-12-13 physics.acc-ph
Design study of a photon beamline for a soft X-ray FEL driven by high gradient acceleration at EuPRAXIA@SPARC_LAB
我们提出了一个设施的基础上，通过X波段RF结构和等离子体加速高梯度加速。我们计划达到1 GeV量级的电子能量，适合于驱动用于所谓的“水窗”（2 - 4 nm）中的应用的自由电子激光。的光束线的概念设计，从光子束从波荡器的用户实验室，主要集中在诊断，操纵和运输的辐射的介绍和讨论。我们还简要概述了相干成像，激光烧蚀和泵浦探测实验的用户端站。
2018-02-15 physics.acc-ph
Quantum state features of the FEL radiation from the occupation number statistics
自由电子激光（FELs），无论是自放大自发发射（SASE-FELs）还是种子发射（seeded-FELs），其辐射的统计特性都受到人们越来越多的关注，因为这类光可以用来探测物质的高能态及其动力学。虽然到目前为止进行的实验研究主要集中在关联函数，在这里，我们转移到重建的辐射能态的占据数的分布的重点。为了避免光子计数技术在涉及大量光子时的各种缺点，我们提出了一种基于无卡嗒事件统计的自由电子激光辐射态能量本征基对角元的极大似然重构方法.这种新的方法的最终目的是自由电子激光辐射统计的实验证实，SASE-FEL辐射表现出热占据数统计，而种子自由电子激光光泊松统计典型的相干态，从而激光。在这个框架中，有趣的是，这项工作的结果可以扩展到任何从相干光脉冲产生谐波的过程，打开大门，研究从统计光子数波动推导出的原始独特量子特征在非线性光学过程中被保留的程度。
2021-07-22 physics.acc-ph quant-ph
Zeptosecond Gamma-Ray Pulses Generation via FEL-Driven Microbunching and Laser-Compton Scattering
本文提出利用FEL微聚束与激光康普顿散射相结合产生近800仄秒高能伽马脉冲串的新方法，并通过4 GeV电子束模拟验证其可行性与高信噪比，为超快核动力学及量子芝诺效应研究开辟新途径。
2025-07-21 physics.acc-ph
CLIC, a Two-Beam Multi-TeV e+e- Linear Collider
本文介绍了一台高能（0.5 - 5 TeV）、高光度（1034 - 1035 cm ~（-2）sec ~（-1））e ~+e直线对撞机的CLIC研究。束加速使用高频（30 GHz）正常的导电结构在高加速场（150 MV/m）显着减少的长度，因此，成本的直线加速器。使用线性对撞机的一般标度律导出的参数，束的稳定性示出为类似于较低的频率设计，尽管强的尾场依赖于频率。介绍了一种新的用于射频功率产生的高性价比的驱动束产生方案，即所谓的“双束加速”方法。它使用一个电子枪和一个满载正常导电直线加速器在低频率（937 MHz）运行，以产生和加速驱动束聚束，并通过在压缩机环中的漏斗形成射频倍增，以产生所需的聚束结构。最近30 GHz的硬件发展和CLIC测试设备（CTF）的结果进行了说明。
2000-08-15 physics.acc-ph
Design Studies for a High Current Bunching System for CLIC Test Facility (CTF3) Drive Beam
提出了一种用于CTF 3初始级的聚束系统，该系统由一个（两个）3 GHz预聚束器和一个具有可变相速度的3 GHz行波聚束器组成。电子束由140 KV直流电子枪发射。由于TW聚束器出口处的宏脉冲束流（3.5A）相当高，因此在TW聚束器内部必须考虑束流负载效应。利用PARMELA程序，数值计算表明，该聚束系统能够提供满足CTF 3设计要求的聚束。工作在2 π/3模的0.8m长TW聚束器有两个相速度，分别为0.75和1。考虑梁的加载效应，提出了两相速度区空腔的尺寸。对瞬态束流加载效应和多聚束团横向不稳定性进行了数值研究，得出在偶极模加载品质因数小于80时，应在TW聚束器中安装高阶模耦合器的结论。
2000-07-18 physics.acc-ph
Beam Dynamics Simulation for the CTF3 Drive-Beam Accelerator
CERN的一个新的CLIC测试设施（CTF 3）将用于研究紧凑型线性对撞机（CLIC）的驱动光束产生。CTF3必须在几乎满载的结构中加速3.5 A的电子束。脉冲包含超过2000个聚束，每隔一个RF桶中有一个，并且具有超过一微秒的长度。基于FODO单元和三重态以及三重态，提出了驱动束加速器的晶格的不同选择。对横向稳定性进行了仿真，包括光束抖动、准直和基于光束的校正对横向稳定性的影响。
2000-08-18 physics.acc-ph
Improving the energy-extraction efficiency of laser-plasma accelerator driven free-electron laser using transverse-gradient undulator with focusing optics and longitudinal tapering
据报道，[Z。Huang等人，物理修订信函109，204801（2012）]，高增益自由电子激光（FEL）可以由来自激光等离子体加速器（LPA）的横向色散电子束产生，使用横向梯度波荡器（TGU），假设理想的恒定色散函数而没有聚焦光学器件。恒定的色散函数使超出共振能量带宽的电子仍然与自由电子激光辐射共振。相反，在本文中，在LPA驱动的自由电子激光使用TGU的情况下，与聚焦光学数值研究，其中的色散函数应沿波荡器单调递减。尽管在这种情况下，离能电子并不总是满足自由电子激光共振，但通过巧妙地优化初始色散和聚焦参数，可以获得与理想的恒定色散函数情况下相似的辐射功率，同时获得良好的横向相干性。此外，更高的辐射功率，可以预期，如果纵向锥形，横向梯度变化在不同的部分，这是证明了激烈的全球多参数优化的基础上GENESIS模拟。
2016-08-10 physics.acc-ph
Simulations for CLIC Drive Beam Linac
紧凑型直线对撞机（CLIC）的驱动束直线加速器需要在几乎满载的结构中将4.2 A的电子束加速到2.4 GeV。脉冲包含约70000束，每隔一个射频桶，并具有140 $μ$ s的长度。对于这样的高电流和脉冲长度，沿着束线的束稳定性是关注的。我们提出了不同的选择的直线加速器的晶格的基础上FODO，三重态和双重电池和比较的横向不稳定性，包括光束抖动，对齐和基于光束的校正的影响，为每个晶格。此外，还用FODO格式讨论了不同束流压缩机的纵向稳定性。
2012-02-25 hep-ex physics.acc-ph
The Compact Linear e$^+$e$^-$ Collider (CLIC)
本报告介绍TeV级高亮度线性正负电子对撞机CLIC的双束加速方案、分阶段建设规划，梳理2018年以来的技术优化进展、380 GeV基线参数与成本，说明其物理潜力与建设时间线。
2025-09-03 physics.acc-ph
Longitudinal phase space manipulation in energy recovering linac-driven free-electron lasers
在电子束参与自由电子激光（FEL）相互作用之后，能量恢复可能是相当具有挑战性的，因为在减速期间发生的大量FEL诱导的能量扩散和能量反阻尼。在Jefferson实验室的红外自由电子激光驱动加速器中，通过采用所谓的能量压缩方案，通过在整个再循环输运中适当地匹配纵向相空间来实现这样的能量回收方案。在本文中，提出了一个单粒子动力学方法的方法用于能量恢复的电子束后，我们报告的实验验证的方法获得的所谓的“压缩效率”和“动量压缩”晶格转移图在不同位置的再循环传输线的测量。我们还比较了这些测量与数值跟踪模拟。
2002-11-12 physics.acc-ph
The Compact Linear Collider (CLIC) - Project Implementation Plan
紧凑型直线对撞机（CLIC）是一个TeV级的高亮度直线$e^+e^-$对撞机，由CERN主持的国际合作开发。本文档概述了CLIC加速器的设计、技术和实现方面。为了最佳地利用其物理潜力，CLIC预计将分阶段建造和运行，质心能量为380 GeV、1.5 TeV和3 TeV，场地长度为11公里至50公里。CLIC使用双束加速方案，其中正常传导的高梯度12 GHz加速结构通过高电流驱动束供电。对于第一级，还考虑了X波段速调管供电的替代方案。CLIC加速器优化、技术开发和系统测试近年来取得了微不足道的进展。此外，这还提高了380 GeV级的能源效率，降低了约170 MW的功耗，同时降低了约60亿瑞士法郎的成本估计。CLIC的第一个能源阶段最早可于2026年开始建造，第一束光束将于2035年提供，这标志着一个跨越25-30年的物理方案的开始，并通过直接搜索和通过对标准模型过程的广泛精确测量，特别是在希格斯和顶夸克部分，提供对超标准模型物理学的出色灵敏度。
2019-03-20 physics.acc-ph
A Brief Review of Future Lepton-Hadron and Photon-Hadron Colliders
讨论了未来$lepton-proton,lepton-nucleus,γ-proton,γ-nucleus$和FEL $γ-nucleus$对撞机的选择。在这一内容的精神，我们考虑TESLAxHERA，LEPxLHC，$μ$ xTEVATRON，exRHIC，LinacxLHC，$\sqrt{s}=3TeV$，$μp$和CLIC基于对撞机。
2001-06-22 hep-ex hep-ph nucl-ex
Phase synchronization recovery in energy-compressed LWFA electron beams for free-electron lasers via undulator tapering
National Central University（中央大学）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）
本文研究了通过纵向 tapered undulator补偿能量啁啾引起的共振不匹配，提升SASE FEL的饱和功率和谱特性。
2026-05-12 physics.acc-ph
5 (Upgradable to 25 keV) Free Electron Laser (FEL) Facility
利用再循环超导射频（SRF）直线加速器（linac）的自由电子激光（FEL）设施提供了实现比类似成本的非再循环直线加速器大大约五倍的光子能量的机会。> 4GeV SRF，cw，电子直线加速器可用于驱动产生5keV光子的FEL。SLAC国家加速器实验室，能源部（DOE）的基础能源科学（BES）实验室，建议在现有的直线加速器隧道的一部分，利用4 GeV的非循环，SRF，直线加速器。>对于与拟议的SLAC战略类似的初始投资，再循环SRF直线加速器系统可以提供5 keV光子能量的4 GeV电子，并提供25 keV光子能量的升级路径。约占初始投资三分之一的进一步支持将为额外的SRF直线加速器和低温能力提供升级资金，足以提供与欧洲XFEL相匹配的25 keV光子的电子能量。
2013-11-01 physics.acc-ph
Study of microbunching instability in the linac of a soft X-ray FEL Facility
本文用解析公式和数值模拟方法研究了上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）直线加速器微聚束不稳定性的发展。详细研究了该过程，并比较了各种条件下不稳定性的增长率（增益）。结果表明，在目前的模拟模型中，数值计算的局限性必须考虑。此外，高阶模式的激励在模拟中的出现表明，进一步改进目前的理论是必要的。提出了光束通过弯道时，在光束轮廓中引入散粒噪声的机理。分析了导致不稳定性的关键问题。
2013-04-28 physics.acc-ph
Machine Learning Optimization of E-Beam Transport for a Superradiant FEL
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Ariel University（阿里埃勒大学）
该研究针对驱动太赫兹超辐射波导自由电子激光的6MeV ORGAD加速器，采用机器学习贝叶斯优化方法，经25次模拟迭代得到最优电子束传输设计，以实现超辐射自由电子激光的最佳运行。
2026-08-04 physics.acc-ph
Velocity Dispersion of Correlated Energy Spread Electron Beams in the Free Electron Laser
在自由电子激光器中的电子束中的相关线性能量/速度啁啾的影响，以及如何通过使用波荡器磁场的适当锥度（或反向锥度）来补偿其影响是众所周知的。该理论，如上所述，忽略了速度色散从啁啾在波荡器，采取限制的一个'小'啁啾。在下文中，重新审视补偿光束中的啁啾的物理学，包括波荡器中的速度色散或光束压缩或解压缩的影响。结果发现，在波荡器的速度色散可忽略的限制是不同的，以前确定为小啁啾限制，是比以前考虑的更重要。速度色散需要非线性的锥度以适当地补偿失谐的影响，并且还导致在波荡器的长度上变化的峰值电流（因此导致变化的增益长度）。这一结果对等离子体驱动自由电子激光和低能直线加速器驱动自由电子激光实验装置具有重要意义。
2016-11-24 physics.acc-ph
Many-Objective Beam Dynamics Optimization for High-Repetition-Rate XFEL Photoinjector
SHINE是我国第一台硬X射线自由电子激光（FEL）装置，旨在提供高重复频率下的高亮度FEL激光输出。为了驱动高质量的X射线自由电子激光脉冲，采用了光电注入器部分，以提供具有低横向发射度和高亮度的指定电子束。在注入器束流动力学设计中，通常采用多目标优化算法。本文首次将多目标优化算法NSGA-III引入到注入器的物理设计中，对注入器的4个光束质量特性进行了优化。给出了优化结果并进行了分析。NSGA-III的应用可以为进一步的物理研究提供指导，并提高束流动力学优化效率。
2021-05-27 physics.acc-ph
Staged Laser Wakefield Acceleration for Saturated Lasing of Bandwidth-Tunable Free-Electron Lasers from EUV to X-ray
Tsinghua University（清华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Beijing Academy of Quantum Information Science（北京量子信息科学研究院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本文提出一种分阶段激光等离子体加速方案，通过多阶段加速和双折弯束流线实现多模式操作，生成高能高质量电子束，支持从远紫外到X射线的带宽可调自由电子激光饱和。
2026-03-30 physics.acc-ph
Wakefields In Superconducting RF Cavities and The Impact on VUV Free-electron Laser Oscillator Performance
本研究基于FAST设施的超导射频直线加速器，利用GINGER和MINERVA/OPC代码模拟，验证了在120 nm和13.4 nm波长下实现VUV和EUV自由电子激光振荡器饱和的可行性，并首次评估了腔内尾场引起的发射度稀释及质心偏移对性能的影响。
2023-10-20 physics.acc-ph
Towards compact Free Electron Laser based on laser plasma accelerators
五十多年前激光的发明是一次重大的科学革命。自由电子激光（FEL）是利用自由电子在波荡器的周期性恒定磁场中产生的激光，其波长范围从远红外到X射线，具有易调谐、峰值功率高的特点。如今，在X射线领域具有创纪录峰值功率（GW级）的可调谐强（mJ级）短脉冲自由电子激光的出现在激光发展中迈出了重要一步，并能够探索新的科学领域，如实时破译分子反应，了解蛋白质的功能。此外，激光也被认为是驱动等离子体电子加速。高功率飞秒激光聚焦到气体靶中，共振驱动非线性等离子体波，其中等离子体电子被捕获并以GeV/m的高能量增益加速。目前，激光尾场加速已经成为现实，可以产生能量为几GeV、电荷数为几百pC、能散小于百分之一、发散角小于毫弧度的电子束。这是有关考虑自由电子激光应用，以质量这些激光等离子体产生的电子。在描述了自由电子激光的全貌之后，将讨论基于激光等离子体加速的自由电子激光的策略，包括应该减轻这些光束的大能量扩散和发散。
2018-02-19 physics.acc-ph
Isolated attosecond free-electron laser based on a sub-cycle driver from hollow capillary fibers
提出利用中空毛细管光纤产生的中红外亚周期激光调制电子束，生成准孤立电流峰，从而产生高信噪比、高强度的孤立阿秒软X射线自由电子激光。
2025-02-01 physics.acc-ph
Free electron laser seeded by betatron radiation
本文介绍了用电子感应加速器辐射作为自由电子激光（FEL）的种子源。该方案适用于所有等离子体加速电子束驱动的自由电子激光器。在等离子体加速过程中，电子通过电离气体时确实会产生以宽光谱为特征的X射线区域的强辐射，即电子感应加速器辐射。建议使用适当选择波长并适当同步的这种辐射来激发自由电子激光的发射。
2022-09-21 physics.acc-ph
Absolute and non-invasive determination of the electron bunch length in a Free Electron Laser using a Bunch Compressor Monitor
本文提出一种基于束团压缩监视器（BCM）信号与电荷统计涨落关系的方法，可在自由电子激光中非侵入式测定电子束团长度，并利用双波段探测实现绝对测量，为机器压缩反馈和连续波FEL诊断提供支持。
2023-05-26 physics.acc-ph
Generating carrier-envelope-phase stabilized few-cycle pulses from a free-electron laser oscillator
提出了一种利用自由电子激光振荡器产生载波包络相位（CEP）稳定的少周期光脉冲的方案。CEP稳定是通过连续注入CEP稳定的种子脉冲从外部激光器的自由电子激光振荡器，其腔长是完全同步的电子束团重复。这种CEP稳定的几个周期的自由电子激光脉冲将是一个有效的驱动器，探索高谐波产生的能量为1-10~keV的阿秒和泽秒科学，宽带X射线光学频率梳和化学反应的相干控制。
2017-06-11 physics.acc-ph
Start-to-End Simulations of SASE FEL at the TESLA Test Facility, Phase 1
TESLA试验设施（TTF）的真空紫外（VUV）自由电子激光（FEL）第一阶段最近完成了运行。成功地证明了SASE自由电子激光在80-120 nm波长范围内的饱和。我们提出了一个后验开始到结束的数值模拟这种自由电子激光。这些模拟是基于程序Astra和优雅的电子分布的产生和传输。用CSRtrack程序对磁聚束压缩器中复杂的束流动力学进行了独立的模拟。用FAST程序模拟了SASE自由电子激光过程。从我们详细的模拟和波荡器入口处的相空间分布，我们发现，自由电子激光驱动只有一小部分（切片）的电子束。这个“激光片”位于束的头部，并且具有大约3 kA的峰值电流。在这一片内的强能量啁啾（由于压缩后的空间电荷场）对自由电子激光操作有显着的影响。研究表明，辐射脉冲宽度约为40 fs（FWHM），峰值功率约为1.5 GW。模拟的自由电子激光特性与各种实验数据进行了比较，发现是非常一致的。
2003-12-11 physics.acc-ph physics.optics
The Compact Linear e$^+$e$^-$ Collider (CLIC): Accelerator and Detector
紧凑型直线对撞机（CLIC）是一个TeV级的高亮度直线e $^+$ e $^-$对撞机，由欧洲核子研究中心主持的国际合作正在开发中。本文档概述了CLIC加速器和探测器的设计、技术和实现方面。为了最佳地利用其物理潜力，CLIC预计将分阶段建造和运行，质心能量为380 GeV、1.5 TeV和3 TeV，场地长度为11公里至50公里。CLIC采用双束加速方案，其中正常传导的高梯度12 GHz加速结构通过高电流驱动束供电。对于第一级，还考虑了X波段速调管供电的替代方案。CLIC加速器优化、技术开发和系统测试在近年来取得了重大进展。此外，这还提高了380 GeV级的能源效率，降低了约170 MW的功耗，同时降低了约60亿瑞士法郎的成本估计。探测器的概念，它匹配的物理性能要求和CLIC的实验条件，已被完善，使用改进的软件工具进行模拟和重建。在跟踪和量热系统的探测器技术开发方面取得了重大进展。CLIC的第一个能源阶段最早可于2026年开始建造，第一束光束将于2035年提供，这标志着一个跨越25-30年的物理方案的开始，并通过直接搜索和通过对标准模型过程的广泛精确测量，特别是在希格斯和顶夸克部分，提供对超标准模型物理学的出色灵敏度。
2018-12-19 physics.acc-ph physics.ins-det
Simulation Study of Energy Chirp Induced Effects in Laser Wakefield Accelerator Driven Free Electron Laser
National Central University（中央大学）；National Synchrotron Radiation Research Center（国家同步辐射研究中心）
本研究通过三维仿真分析了LWFA驱动FEL中能量拍频对辐射功率饱和和频谱纯度的影响，指出引入束流去拍频器是提高性能的关键步骤。
2025-08-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Compact LWFA-Based Extreme Ultraviolet Free Electron Laser: design constraints
本文研究由激光尾波场加速器驱动的紧凑型极紫外自由电子激光的设计约束，提出专用电子束输运方案以控制SASE所需切片参数，并证明在25 Hz重复频率下可获得峰值亮度约2×10^30 photons/s/mm^2/mrad^2/0.1%bw的飞秒级EUV脉冲。
2021-04-13 physics.acc-ph
Learning Electron Bunch Distribution along a FEL Beamline by Normalising Flows
Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf（亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心）；Synchrotron SOLEIL（SOLEIL同步辐射光源）；Center for Advanced Systems Understanding（高级系统理解中心）；Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学）
对激光驱动的自由电子激光的理解和控制一直是一个需要深入实验和理论研究的难题。模拟和实验收集的数据之间的差距可能会使研究和解释所获得的结果复杂化。在这项工作中，我们开发了一个基于深度学习的代理，可以帮助填补这一空白。本文介绍了一种基于归一化流的代理模型，用于自由电子激光束线中电子云的条件相空间表示。实现的结果，让我们讨论进一步的好处和限制，利用模型，以获得更深入的了解光束线内的基本过程。
2023-02-27 cs.LG physics.acc-ph
Studies of a Terawatt X-Ray Free-Electron Laser
已经讨论了利用新型超导螺旋波荡器构造太瓦（TW）X射线自由电子激光（FEL）的可能性[5]。在本文中，我们考虑了在1.5 μ m自由电子激光器中实现超过1 TW功率的必要条件，使用MINERVA模拟代码[7]进行模拟。稳态模拟已经进行了使用各种波荡器和聚焦配置。特别是，使用FODO晶格的强聚焦与螺旋波荡器中固有的自然弱聚焦进行了比较。据发现，达到TW功率的最重要的要求是极端的横向压缩的电子束在一个强大的FODO晶格。极端聚焦的电子束在TW功率水平的生产中的重要性意味着波荡器不是TW FEL的主要驱动器，并且还描述了使用达到近TW功率水平的平面波荡器的模拟。此外，当应用电子束的这种极端聚焦时，可以使用纯自放大自发发射（SASE）或利用新颖的自播种配置来达到TW功率水平。
2018-03-29 physics.acc-ph
Virtual Pulse Reconstruction Diagnostic for Single-Shot Measurement of Free Electron Laser Radiation Power
针对自由电子激光（FEL）辐射脉冲轮廓表征需求，提出基于机器学习的实时虚拟诊断方法，利用X波段横向偏转结构的纵向相空间数据重建脉冲时间轮廓，实现非侵入性精确单脉冲功率测量，为FEL研究提供高效工具。
2024-11-26 physics.acc-ph physics.ins-det
High-quality electron beam generation from laser wakefield accelerators for driving compact free electron lasers
State Key Laboratory of Ultra-intense laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院上海光学精密机械研究所超强度激光科学与技术国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）
本研究明确了高质量单级激光尾场加速器的关键物理机制与优化策略，通过全链条模拟证实，其驱动的小型自由电子激光在4.5米波荡器后达饱和，能量17.4μJ、功率6.0GW，为相关应用开辟新路径。
2026-08-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Analysis of Čerenkov free-electron lasers
本文分析了由平板电子束驱动的切伦科夫自由电子激光（FEL）。在该系统中，电子束靠近放置在理想导体顶部的电介质板行进，与共同传播的电磁表面模式相互作用。表面模式的出现是由于入射倏逝波的介质板的反射率的奇异性。在适当的条件下，表面模式增长的结果与电子束的相互作用。我们表明，表面模式与共同传播的电子束的相互作用，可以严格理解通过分析反射率的奇异性。使用这种方法，我们建立了耦合麦克斯韦-洛伦兹方程的系统，在类比与传统的波荡器为基础的自由电子激光。我们解决这些方程的解析小信号政权获得公式的小信号增益，和空间增长率。饱和行为的系统进行了分析，通过数值求解这些方程的非线性制度。数值模拟结果与线性区的解析计算结果吻合较好。我们发现，在适当的条件下，切伦科夫自由电子激光可以产生丰富的相干太赫兹（THz）辐射。
2014-08-28 physics.acc-ph
Plasma boosted electron beams for driving Free Electron Lasers
在本文中，我们报告的模拟结果，在EuPRAXIA \cite{Walk2017}和EuPRAXIA@ ENUB\_LAB \cite{Ferr2017}项目的框架内，旨在提供一个高亮度的电子束驱动的自由电子激光（FEL），采用等离子体后加速方案。升压等离子体波由数十个\SI{}{\tera\watt}类激光器驱动，并将外部注入光束的能量加倍，达到\GeV{1}。模拟注入的聚束从一个光注入器开始，匹配等离子体，升压，最后匹配到波荡器，在那里它的能力，以产生$O(\num{e11})$光子每次拍摄在\nm{2.7}的自由电子激光辐射验证。
2018-02-19 physics.acc-ph
Stimulated coherent spontaneous emission in an FEL with `quiet' bunches
对于平面自由电子激光结构，我们研究了在束团中存在不同水平噪声的情况下，由束团电流梯度驱动的受激相干自发发射。为了进行大量的模拟所需的获得统计上有效的结果，我们开发了一个内存和时间效率的一维模拟代码的基础上的积分解决方案的克莱因-戈登方程描述的字段的演变。源自散粒噪声的电子聚束密度的纵向粒度在整个分析过程中保持不变。模拟中考虑了横向发射度和衍射等三维效应，通过解的拟合公式计算出有效的自由电子激光参数。计算了一个自由电子激光模型与瑞士自由电子激光注入器聚束参数。结果表明，需要将噪声降低几个数量级，低于散粒噪声的水平，以减轻噪声效应。我们提出了一种新的方案，允许形成的电子束与降低的噪声水平和高梯度的电流在束尾，以提高相干自发发射。该方案利用了噪声抑制和可控微聚束不稳定性效应，由激光加热器、散粒噪声散粒噪声抑制部分和聚束压缩器组成。估算了有无激光加热器时的噪声因子和微聚束增益。我们发现，散粒噪声减少了三个数量级，可以实现有限的横向尺寸的电子聚束。
2012-05-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Attosecond-Angstrom free-electron-laser towards the cold beam limit
在自由电子激光器（FEL）中，电子束质量对X射线脉冲的产生至关重要。最先进的直线加速器（直线加速器）可以提供具有足够质量的多GeV电子束用于硬X射线自由电子激光，尽管需要公里级的设置，而基于等离子体的加速器可以在米级的距离上产生多GeV电子束，并且开始达到足够用于EUV自由电子激光的束质量。我们表明，从等离子体光电阴极的电子束比国家的最先进的许多数量级的亮度可以产生在等离子体尾场加速器（PWFA），然后提取，捕获，运输和注入到波动器没有质量损失。这些超亮、亚飞秒电子束可以在冷束极限附近驱动硬X-FEL，以产生阿秒-埃级的相干X射线脉冲，仅在10米的波荡器后就达到饱和。这种等离子体-X-FEL为新的光子科学能力开辟了道路，例如在原子的自然时间和长度尺度上不受干扰地观察原子内部的电子运动，以及更高的光子能量。
2022-12-08 physics.acc-ph physics.optics physics.plasm-ph
Up-sampling of electron beam simulation particles with addition of shot-noise
描述了一种用于从较小数量到较大数量的粒子质点系的上采样的算法和数值代码。该方法将泊松“散粒噪声”引入到上采样分布中，典型的是在由粒子加速器产生的一束粒子中产生的噪声统计。该算法被施加到一个6维相空间分布的相对较少的模拟粒子，表示由粒子加速器建模软件产生的电子束，随后注入到自由电子激光（FEL）放大器，这是用来描述的模型。一个更大的粒子数通常需要模拟的自由电子激光激光的激光过程比所需的电子束加速器，驱动它的模型。自由电子激光建模软件通常需要更多的模拟粒子数比所需的模拟加速阶段和增加模拟粒子是需要的，同时引入正确的泊松统计特性的一个真正的电子分布。从算法开发的数值代码，然后用来产生电子束注入到一个非平均的三维自由电子激光模拟代码，海雀。结果表明，良好的定性和定量分析理论的协议。程序和用户手册可供下载。
2022-12-15 physics.acc-ph physics.comp-ph
Bright Ångstrom and Picometre Free Electron Laser Based on the LHeC Energy Recovery Linac
大型强子电子对撞机（LHeC）是一个未来的粒子物理学项目，将来自六程循环能量回收直线加速器（ERL）的60 GeV电子与储存在LHC中的7 TeV质子进行碰撞。ERL技术允许更高的束流，因此比传统的直线加速器具有更高的亮度。高电流、高能量的电子束还可以用于驱动自由电子激光（FEL）。在这项研究中，我们研究了基于LHeC的自由电子激光器的性能，该自由电子激光器在一圈或两圈后使用电子束以自放大自发发射模式工作，电子束能量为，例如，10、20、30和40 GeV，旨在产生波长范围从8~ 10 μ m到0.5~ 10 μ m的X射线脉冲。此外，我们探索了一种可能的路径，使用40 GeV的电子束产生光子脉冲在更低的波长，下降到几个皮米。我们证明，这种ERL为基础的高能量自由电子激光将有可能提供数量级更高的平均亮度比任何其他自由电子激光现有的或建议在1000波长。它也可能允许一个开拓性的一步进入皮米波长制度。
2021-08-20 hep-ex physics.acc-ph
Fully coherent short wavelength free-electron laser driven by a single sub-microjoule seed
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高等研究院）；University of the Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Zhangjiang Laboratory（张江实验室）
通过直接放大谐波产生技术，利用单个亚微焦紫外种子激光实现全相干自由电子激光，简化了种子结构并提供了向兆赫兹全相干极紫外和X射线光源的实用途径。
2026-05-27 physics.acc-ph physics.optics
Laser-plasma accelerator based single-cycle attosecond undulator source
激光等离子体加速器（LPAs）产生高质量的电子束，提供了将自由电子激光（FEL）的尺寸减小到只有几米的机会。本文提出了一个完整的基于自由电子激光技术的系统，该系统由一个LPA、两个波荡器和其他磁性器件组成。该系统能够产生载波包络相位稳定的阿秒脉冲。数值模拟结果表明，在30 ~ 120 nm波长范围内，脉冲能量可达60 nJ，脉宽为90 ~400阿秒。这些脉冲可用于研究物质中的超快场驱动电子动力学。
2017-08-30 physics.acc-ph physics.optics
Self-Amplification of Coherent Energy Modulation in Seeded Free-Electron Lasers
用于物质时间分辨精细分析的光谱技术需要具有飞秒持续时间和高平均亮度的相干X射线辐射。种子自由电子激光（FEL）利用外部种子激光的频率上转换来提高时间相干性，是提供完全相干软X射线脉冲的理想选择。然而，由于目前最先进的激光系统的限制，很难以高重复率操作种子自由电子激光器。在这里，我们报告了一种新的自调制方法，用于增强激光诱导的能量调制，从而显着降低了对外部激光系统的要求。在此方案的驱动下，我们在实验上实现了种子自由电子激光器中的高次谐波产生。具有小至1.8倍切片能量扩展的激光诱导能量调制的电子束用于在单级高增益谐波产生（HGHG）设置中的266 nm种子激光器的第7谐波和在两级HGHG设置中的种子激光器的第30谐波处激射。这些结果标志着向高重复率、完全相干的X射线自由电子激光迈出了重要的一步。
2021-02-12 physics.acc-ph physics.optics
