Four-Dimensional Emittance Measurements of Ultrafast Electron Diffraction Optics Corrected Up to Sextupole Order
超快电子衍射（UED）是利用短脉冲电子束探测物质中远离平衡态的原子结构在飞秒尺度上演化的一种技术。作为加速器物理挑战，UED对探测电子束的亮度施加了严格的限制。UED中采用的低归一化发射度（通常在10 nm尺度及以下）对外加场像差和空间电荷效应特别敏感。像差的作用是越来越重要的小探头系统，往往具有多个数量级的光束尺寸在运输过程中的变化。在这项工作中，我们报告的校正正常四极，斜四极，和六极像差通过专用的校正元件在超快电子显微衍射光束线。要做到这一点，我们产生精确的4维相空间地图的射频压缩电子束，并找到良好的协议与无像差的空间电荷模拟。最后，我们讨论了探针形成孔径的作用，可以发挥在改善与可观的空间电荷效应的聚束的亮度。
2022-07-27 physics.acc-ph
Dynamics of Intense Particle Beam in Axial-Symmetric Magnetic Field
轴对称磁场常用于粒子束的聚焦。大多数现有的离子低能束传输线是基于螺线管聚焦。现代加速器项目利用超导超导体与超导加速腔相结合来加速高强度粒子束。本文讨论了轴对称磁场中产生匹配束的条件。分析使我们能够最大限度地减少由于非线性空间电荷，透镜像差，并最大限度地接受的通道，束流发射度增长的功耗。导出了聚焦结构中最大束流、球差和非线性空间电荷力引起的束流发射度增长的表达式。
2020-01-11 physics.acc-ph
Optimization of a charge-state analyzer for ECRIS beams
详细的实验和模拟研究的提取的24 keV的He离子束从ECR离子源和随后的束传输通过分析磁铁。我们发现，这样一个缓慢的离子束是非常敏感的空间电荷的力量，而且，由次级电子的束的空间电荷的中和几乎是完全的束电流高达至少0.5 mA。直接在提取系统后面的束流发射度是65 π mm mrad，并且由离子束在离子源的强磁边缘场中提取的事实确定。射束的相对大的发射度及其非傍轴性与相对小的磁体间隙相结合导致显著的射束损失，并且在其传输通过分析磁体期间有效束流发射度增加五倍。计算出的分析磁体的像平面中的束轮廓和相空间分布与测量结果吻合得很好。利用计算得到的分析磁铁的二阶转移图研究了运动学和磁铁像差，用它可以再现分析磁铁后面离子束的相空间分布。利用传输图和轨迹计算，我们提出了一种像差补偿方案，即通过改变磁极的形状，在主偶极场中加入补偿六极分量。模拟结果表明，通过这种方式补偿运动学和几何像差，并增大极隙，可以将总的束流传输效率从16%提高到45%。
2012-04-25 physics.acc-ph
Effect of Aberration of Light in X-ray Free Electron Lasers
本文讨论了微聚束电子束在校正磁铁偶极场作用下的物理过程，描述了产生相干波荡器辐射的运动学过程。粒子跟踪表明，电子束方向的变化后踢，而微聚束波前的取向保持不变。因此，电子运动和波前法线具有不同的方向。一旦反冲角变得大于输出辐射的发散度，预期下游波荡器中的相干辐射发射将被显著抑制。事实上，根据常规治疗，相干辐射沿着微聚束波前的法线发射。在这里，我们表明，运动学预测一个令人惊讶的效果。也就是说，相干波荡器辐射在实验室框架中的描述产生了激进的概念，即，由于光像差，强相干辐射沿踢的方向产生。我们最近在LCLS进行的自由电子激光研究作为一个直接的实验证据，相干波荡器辐射可以踢的角度约为5倍的均方根辐射发散没有抑制。对实验进行了运动学描述。
2022-02-16 physics.acc-ph
Emittance Minimization for Aberration Correction I: Aberration correction of an electron microscope without knowing the aberration coefficients
本文提出从加速器物理视角将电子显微镜像差校正等价为最小化束流发射度增长，并训练深度学习模型从 Ronchigram 预测发射度，实现透镜参数的快速全局优化与自动化像差校正。
2024-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.ins-det
Analytic plasma wakefield limits for active plasma lenses
主动等离子体透镜是一种很有前途的粒子束紧凑聚焦技术，近年来引起了人们极大的兴趣。虽然这些透镜可以提供kT/m量级的强聚焦梯度和在两个横向平面中的聚焦，但是存在来自非线性像差的限制，导致被聚焦的光束中的发射度增长。这种畸变的一个原因是束驱动的等离子体尾场，如果束密度足够高，则存在。我们开发简单，但功能强大的分析公式的有效聚焦梯度从这些尾场，并使用此设置限制的光束和等离子体参数空间的哪些部分允许无失真使用的主动等离子体透镜。它的结论是，主动等离子体透镜的应用，传统的和等离子体为基础的直线对撞机可能会证明是非常具有挑战性的，也许除了在最终的焦点系统，除非使用的典型放电电流显着增加，并且在一般情况下，这些透镜更适合于加速器应用与较低的光束强度。
2018-02-08 physics.acc-ph
Effect of the Sextupole Finite Length on Dynamic Aperture in the Collider Final Focus
在对撞机最终聚焦（FF）系统中，由FF四极产生的色度由六极对补偿，其间具有-I映射以消除几何像差。然而，它完美地工作，只有零长度的六极踢;对于现实的厚磁体，只有二次像差被完全取消，而高阶项出现，并可能恶化的横向动态孔径。后者是特别重要的未来的圆形对撞机的基础上的蟹腰碰撞方法，在IP极低的β产生非常大的色彩效果的前瞻性项目。本文利用幂级数技术对这些高像差进行了研究，并提出了动态孔径恢复的方法。分析研究的结果与跟踪得到的结果进行了比较。
2009-09-26 physics.acc-ph
Emittance Minimization for Aberration Correction II: Physics-informed Bayesian Optimization of an Electron Microscope
本研究提出基于物理信息的贝叶斯优化方法，通过最小化束流发射度自动校正电子显微镜像差，实验证明该方法比传统方法收敛更快、光学状态更优。
2025-01-24 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.ins-det
Possibilities for reduction of transverse projected emittances by partial removal of transverse to longitudinal beam correlations
我们证明，如果在粒子束中，粒子的能量与它们的横向位置和动量之间存在线性相关（线性束流色散），那么通过选择非零晶格色散的静磁系统，总是可以减小横向投影发射度。当所有的光束色散都归零时，横向投影发射度的最大可能减少发生，并且所需的晶格色散的值完全由光束色散和光束均方根能量扩展的值定义，并且与任何其他二阶中心光束矩无关。除此之外，我们证明，或者，也可以使用晶格色散消除粒子的纵向位置和它们的横向坐标（线性光束倾斜）之间的线性相关性，但在这种情况下，晶格色散的解决方案是非唯一的，不能保证减少横向投影发射度。
2014-09-22 physics.acc-ph
Nonlinearities and Effects of Transverse Beam Size in Beam Position Monitors (revised)
本文研究了具有给定横向电荷分布的长束流在均匀真空室中产生的场。本文计算了有限尺寸光束在光束位置监测器（BPM）电极上产生的位移信号，并与笔形光束产生的位移信号进行了比较。针对任意腔室截面计算了由于有限横向束尺寸而对BPM信号的非线性和校正。本文给出了圆形或矩形腔室中束流几种特殊横向分布的简单解析表达式。特别感兴趣的是一个一般的证明，在一个任意的均匀腔室的束流尺寸修正消失的任何轴对称束流分布。
2003-02-11 physics.acc-ph
Generate Uniform Transverse Distributed Electron Beam along a Beam Line
据报道，横向分布整形可以帮助进一步提高太瓦锥形X射线自由电子激光的能量提取效率。因此，需要在波荡器内产生和保持几乎均匀的横向分布（UTD）光束的方法。这项研究表明，一个UTD电子束可以产生内均匀分布的漂移部分，可以放置波荡器，通过八极和特定的光学。给出了具体的设计方案，并进行了数值仿真验证.
2015-04-27 physics.acc-ph
Space Charge Aberrations in Single Shot Time-Resolved Transmission Electron Microscopy
本文讨论了空间电荷场对Single Shot时间分辨电子显微镜（TEM）成像性能的影响。使用格林函数微扰方法，我们推导出空间电荷非线性对成像过程和相关的像差系数的影响的分析估计。这些系数对初始光束相空间分布的依赖关系被阐明。粒子跟踪模拟的结果进行了验证，并提供了基本的缩放律的时间和空间分辨率之间的权衡在单次拍摄时间分辨TEM。
2020-10-08 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Acceleration of an electron bunch with a non-Gaussian transverse profile in a quasilinear plasma wakefield
束流驱动等离子体尾场加速器通常采用外部注入方案，以确保注入时束流质量可控。然而，外部注入的见证聚束可以呈现非高斯横向密度分布。使用粒子模拟，我们表明，共同的光束品质因数，如归一化RMS发射度和光束半径，不强烈依赖于初始的横向形状的见证光束。尽管如此，具有高峰值横向空间轮廓的射束可以在芯中实现总射束电荷的更高分数。当见证光束的横向动量分布具有峰值非高斯分布时，可以看到相同的效果。此外，我们发现，一个最初的非轴对称的光束变得对称，由于与等离子体尾场的相互作用，所以它不会造成不利的影响，为束流加速。
2022-08-09 physics.acc-ph
Transverse beam shape measurements of intense proton beams using optical transition radiation
一些粒子物理实验被提议作为能源部HEP强度前沿的一部分。这些实验中的许多将利用兆瓦级质子束到目标上，以形成μ子、K介子和中微子的次级束。这些实验需要对每次射束溢出的入射质子束到靶上的横向尺寸进行测量。由于高功率水平，大多数光束拦截轮廓技术将不能在全光束强度下工作。讨论了利用光学渡越辐射（OTR）进行强流质子束剖面测量的可能性。此外，以前的测量OTR光束轮廓从NuMI光束线。
2012-10-03 physics.acc-ph
Centripetal Transverse Wakefield in Relativistic Beam
作者在文献[1]中研究了相对论梁中横向自引力的影响。然而，[1]的分析遗漏了一个重要的观察结果，导致了对束流通过长偏转磁体时发射度增长的错误估计。我们在这里纠正这种分析。特别是，我们得出的结论是，由于在一个长的弯曲的横向自作用力的发射度增长总是远远小于由于纵向相干同步辐射（CSR）尾流的发射度增长。
2019-02-10 physics.acc-ph
Electron beam transverse phase space tomography using nanofabricated wire scanners with submicrometer resolution
在自由电子激光或电子衍射实验中，高亮度电子束的横向相空间的表征和控制是发射度测量和束流优化以及高级加速实验所必需的。具有外部注入的介质激光加速器或等离子体加速器确实需要微米级和更小的光束尺寸。我们提出了一种方法，使用纳米制造的金属线取向在不同的角度，通过扫描线通过光束和检测散射粒子的量来获得的横向相空间的投影。在沿着腰部的几个位置处执行该测量允许评估在不同相位提前处的横向分布。通过应用一种新的层析算法，可以重建横向相空间密度。在瑞士自由电子激光器的ACHIP室的测量证实，使用这种方法可以可靠地表征微米尺寸的电子束的横向相空间。
2021-02-16 physics.acc-ph
Spatial Control of Photoemitted Electron Beams using a Micro-Lens-Array Transverse-Shaping Technique
在电子加速器中使用的光发射电子源中遇到的一个常见问题是由激光放大过程和经常在非线性晶体中使用频率上转换导致的激光分布的横向不均匀性。光电阴极上的不均匀激光分布产生具有较低光束质量的带电光束。在本文中，我们探讨了可能使用的微透镜阵列（蝇眼光聚光器），以显着提高横向均匀性的驱动激光脉冲的紫外光电阴极。我们还演示了使用这样的微透镜阵列产生横向调制的电子束，并提出了一个可能的应用程序来诊断磁化束的属性。
2017-07-24 physics.acc-ph
Transverse Beam Size Effects on Longitudinal Profile Reconstruction
使用相干跃迁辐射自相关方法来确定聚束长度和轮廓信息的检查与压缩电子束在BNL ATF。一个双高斯拟合应用于相干渡越辐射自相关数据提取纵向电流分布。大的横向梁尺寸的影响进行了理论研究，并与实验结果进行了比较。一个合适的形式的校正因子推导出梁与大的横向纵向纵横比。
2010-02-09 physics.acc-ph
Investigation of the transverse beam dynamics in the thermal wave model with a functional method
利用泛函方法研究了热波模型中的横向束动力学。它可以用一个部件的核来单独描述光束光学元件。该方法适用于一般的四极磁体，不仅适用于薄透镜近似，也适用于漂移空间。我们发现，该模型可以成功地描述通过FODO晶格结构的高斯输入光束的PARMILA模拟结果没有空间电荷的影响。
2007-02-14 physics.acc-ph
Concept for controlled transverse emittance transfer within a linac ion beam
对于将射束注入到具有不同水平和垂直发射度接受度的圆形机器中，如果这些射束是平坦的，即如果它们具有不相等的横向发射度，则可以提高注入效率。平面电子束的产生是众所周知的，并且已经在束实验中得到证明。它也提出了在电子回旋共振（ECR）源中产生的离子束。我们介绍了一个扩展的方法进行电荷态剥离，而不需要他们的生成内部的ECR源的光束。多粒子模拟的结果证明了该方法的有效性。
2011-03-24 physics.acc-ph
Beam-Driven Transverse Deflecting Structure for Femtosecond Electron-Beam Diagnostics
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究中心）
提出一种束流驱动的横向偏转结构，利用领先驱动束在谐振腔阵列中激发长寿命尾场，对尾随的探测束施加时间相关的横向偏转，实现约1.6飞秒的时间分辨率，并有望达到亚飞秒量级。
2026-05-27 physics.acc-ph
Uniform transverse beam profile with a new type nonlinear magnet
本文提出并加工了一种新型的磁体，用于均匀束流横截面。与八极磁体相比，新型磁体在中间可以产生类似八极磁体的磁场，但在边缘上升速率下降较快。这样，在获得均匀光束的同时，粒子的损失也较小。此外，还增加了机械结构来调节中间区域的宽度，以满足不同的横向尺寸，这将进一步减少颗粒损失。分别对八极磁体和新型磁体进行了数值模拟，以显示新型磁体的优点。
2017-03-08 physics.acc-ph
Efficiency of feedbacks for suppression of transverse instabilities of bunched beams
对于逐束横向阻尼器，必须设置哪种增益和相位，最好保持在哪种色度？这些问题被认为是三个模型：可能的四极尾流的两粒子模型，作者的嵌套头-尾Vlasov求解器与宽带阻抗，并与LHC阻抗模型相同。
2016-05-20 physics.acc-ph
Transverse Instabilities of Coasting Beams with Space Charge
横向束流稳定性受束流空间电荷的影响很大。通常采用刚性梁模型进行分析。然而，该模型仅在裸（不受空间电荷影响）调谐扩展与空间电荷调谐偏移相比较小时有效。这个条件指定了一个相对较小的参数区域，然而，这对于实际应用来说是最有趣的。在满足有效性条件的前提下，计算了朗道阻尼率和梁的肖特基谱。结果被应用到一个圆形高斯光束。的稳定性阈值所描述的简单的适合的情况下，色和八极调扩散。
2008-12-19 physics.acc-ph
Knife-edge based measurement of the 4D transverse phase space of electron beams with picometer-scale emittance
高亮度电子束的精确操纵需要粒子相空间形状和演化的详细知识。随着超快电子脉冲变得更亮，新的操作机制变得可用，发射度值在皮米范围内，对潜在的科学应用产生巨大影响。在这里，我们提出了一种新的表征方法，这样的光束和实验证明其重建的4D横向束矩阵的强关联电子束的能力与亚纳米发射度和亚微米光斑尺寸，在LBNL的HiRES光束线产生。我们的工作将超快电子加速器诊断的范围扩展到皮米范围的发射度值，为复杂的纳米级电子束操纵技术开辟了道路。
2019-03-29 physics.acc-ph
A Fast Switchyard for the TESLA FEL-Beam Using a Superconducting Transverse Mode Cavity
在TESLA直线对撞机X射线激光装置的设计中，需要产生约10000束团的1ms长束团串，并将其分配到多条自由电子激光（FEL）束线上。X射线自由电子激光的不同科学应用需要束团训练中束团的特定填充模式。结果表明，基于超导横模腔的快速开关站可以用来以灵活的方式产生所需的聚束图案，同时保持主直线加速器中的束流负载恒定。介绍了束流光学和横模腔的概念设计。
2000-08-03 physics.acc-ph
Transverse beam instabilities in low-emittance booster synchrotrons
针对第四代光源低发射度增强器的横向束流不稳定性问题，以SOLEIL II增强器为对象开展数值研究，验证了朗道阻尼的抑制作用、纵向阻尼的横向扩散效应，还发现了高能锯齿不稳定性及宽带阻抗的关键作用。
2025-08-01 physics.acc-ph
Full Phase-Space Analysis of Particle Beam Transport in the Thermal Wave Model
在热波模型框架下，对粒子束通过小像差线性透镜时的Wigner函数、Husimi函数和粒子跟踪程序给出的相空间分布进行了比较。结果表明，类量子方法似乎是非常有前途的。
1995-10-27 acc-phys physics.acc-ph
Transverse Beam Profiles
粒子加速器的性能和安全运行与其产生的束流的横向发射度密切相关。由于这个原因，多年来已经开发了许多技术来监测粒子沿加速器链或机器周期的横向分布。光束轮廓的定义进行了解释和不同的技术可用于检测的粒子分布进行了探讨。这些技术的具体应用的例子。
2020-05-15 physics.acc-ph physics.ins-det
Analytical treatment of the wakefields driven by transversely shaped beams in a planar slow-wave structure
利用一个简单的解析模型研究了在平面结构中使用横向椭圆驱动光束抑制横向尾场效应的问题，揭示了这种现象的几何本质。通过分析所提出的模型，我们推导出了作为高斯光束椭圆率- $σ_x/a$函数的纵向和横向尾流势振幅的标度律。我们明确地表明，在尾流场加速器的应用中，它是有益的，使用高度椭圆形的光束，以减轻横向力，同时保持加速场。我们考虑两种缩放策略：1）孔径缩放，其中我们保持恒定的电荷以具有与圆柱形结构中相同的加速梯度，以及2）电荷缩放，其中孔径与圆柱形结构中相同，并且电荷增加以匹配梯度。
2018-11-19 physics.acc-ph physics.class-ph
Transition radiation based transverse beam diagnostics for non relativistic ion beams
利用光学渡越辐射监测相对论电子束的轮廓是众所周知的。本文介绍了光学渡越辐射在非相对论离子束诊断中的应用。给出了几种靶材料在离子束辐照下跃迁辐射的角分布。除了在观察平面中预期的线性偏振过渡辐射之外，朝向掠射角观察到大量（大约20倍）的非偏振辐射。非偏振辐射具有跃迁辐射的特征，被理解为从“强”粗糙目标表面产生的跃迁辐射。朝向检测器的辐射量的这种增加可以有利地用于横向轮廓测量和潜在的其他射束参数。进一步系统的影响，如依赖于束流的光子产额，比较测量的横向轮廓与次级电子发射为基础的网格（SEM网格），目标加热等也进行了讨论。
2021-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.ins-det
Machine learning assisted non-destructive transverse beam profile imaging
我们提出了一个非破坏性的光束轮廓成像的概念，利用机器学习工具，即遗传算法与梯度下降样的最小化。带电束周围的电磁场携带着关于其横向轮廓的信息。带状线型束流位置监测器（本研究中有八个探头）的电极可以拾取束流轮廓可视化的信息。我们使用遗传算法来转换任意的高斯光束，以这样一种方式，它最终重建的横向位置和形状的原始光束。该算法需要由带状线电极拾取的信号，以及波束尺寸的（精确或近似）知识。它也可以可视化相当扭曲的光束的轮廓。
2021-11-25 hep-ex physics.acc-ph physics.comp-ph
