Analytical bunch compression studies for FLUTE
目前的文章涉及FLUTE的分析聚束压缩研究，其结果进行了比较模拟。FLUTE是一个基于直线加速器的电子加速器，设计能量约为40 MeV，目前正在卡尔斯鲁厄理工学院建造。FLUTE的目标之一是产生长度在飞秒范围内的电子聚束。在第一阶段，这将使用磁聚束压缩器来实现。该压缩机构成了所提出的研究的主题。本文共分为三个部分。第一部分是关于束团压缩器的纯几何研究，其中忽略了空间电荷效应和束团与相干同步辐射（CSR）的反向反应。第二部分是专门的空间电荷效应的治疗和第三部分给出了一些分析结果的CSR的发射。结果表明，第一部分和第三部分的结果与模拟结果吻合得很好。然而，在第二部分的分析模型中的空间电荷力的趋势是高估了大的聚束电荷。本文中，我们打算形成的FLUTE束压缩机和束压缩，在一般情况下，未来的分析研究的基础。
2014-07-08 physics.acc-ph
Compression of High-Charge Electron Bunches
费米实验室的A0光电注入器可以产生高电荷（10-14 nC）低发射度（12 nC时为20 pi mm-mrad）的电子聚束。我们已经进行了最佳压缩条件的研究。在9单元捕获腔中的非峰值加速度引起能量-时间相关性，该能量-时间相关性由压缩机弯道（4个偶极子）旋转。聚束长度的测量使用条纹相机图像的光学过渡辐射。我们目前的测量在各种条件下，包括激光脉冲长度的影响（2 ps西格玛高斯与10 ps FWHM平顶）。迄今为止，最好的压缩是针对13.2 nC聚束，其中sigma = 0.63 mm（1.89 ps），其对应于2.8 kA的峰值电流。
2000-08-21 physics.acc-ph
Wakefield assisted bunch compression in storage rings
针对储存环中数十皮秒束团限制太赫兹超辐射频谱的问题，本文提出利用无源波纹或介质结构产生的自尾场压缩并整形束团，数值验证了自洽稳态。
2023-04-27 physics.acc-ph
Laser-driven bunch compression for ultrashort free-electron laser pulses
本文在自由电子激光FLASH上演示了基于激光线性包络能量调制的电子束团压缩方案，可产生飞秒级超短电流尖峰，结合传统技术能实现可变间隔双尖峰，为自由电子激光器灵活单双脉冲运行提供新途径。
2025-08-20 physics.acc-ph
Feasibility of proton bunch compression in an operational high-power accelerator
本文研究在散裂中子源上实验验证μ子对撞机所需质子束团极端纵向压缩方案的可行性，通过对比运行参数、射频系统能力和束流诊断，并结合初步模拟与实验进行评估。
2025-08-18 physics.acc-ph
Femtosecond compression dynamics and timing jitter suppression in a terahertz-driven electron bunch compressor
利用短平行板结构中的准单周期强场THz辐射，首次实现了动能为2.5 MeV的几fC相对论电子束的THz驱动聚束压缩和定时稳定.压缩近3倍产生了39 fs rms的聚束长度，并将定时抖动减少了2倍以上，达到31 fs rms，为超快电子衍射等应用提供了显著的光束性能改善。这种太赫兹驱动的技术提供了一个关键的一步，前所未有的时间分辨率在超快科学和其他加速器应用使用飞秒尺度的电子束。
2019-06-07 physics.acc-ph
Multi-Dimensional Phase Space Manipulation for Attosecond Electron Bunch Compression
本研究提出一种基于THz驱动线性能量啁啾与多维相空间操控的阿秒电子束团压缩新方法，在MeV超快电子衍射束线中实现了高压缩比、低时间抖动的阿秒电子束，为超快科学及相关加速器应用提供了新途径。
2025-05-18 physics.acc-ph
Arc and Chicane Bunch Compression Schemes for Hard and Soft X-Ray Free Electron Laser Facilities: A Comparison
MAX IV Laboratory（MAX IV 实验室）；STFC Daresbury Laboratory（STFC 达尔斯伯里实验室）；Cockcroft Institute（科克克罗夫特研究所）；ANSTO-Australian Synchrotron（澳研中心-澳大利亚同步辐射加速器）；Lancaster University（兰卡斯特大学）；University of Liverpool（利物浦大学）
本文比较了弧形和急转弯压缩方案在硬X射线和软X射线自由电子激光设施中的性能，发现全弧压缩和五磁铁方案能显著提升XFEL性能。
2026-03-09 physics.acc-ph
Sub-5-fs compression and synchronization of relativistic electron bunches enabled by a high-gradient $α$-magnet and low-jitter photoinjector
本文提出并实验验证了一种利用高梯度α磁铁和低抖动光电注入器，首次实现亚5飞秒电子束团压缩与同步的新方法，开辟了超快束流控制新领域。
2025-08-05 physics.acc-ph
Beam tuning and bunch length measurement in the bunch compression operation at the cERL
利用离峰加速度控制有限纵向色散的纵向相空间分布来实现短聚束是一种广泛应用的技术。该技术被应用在一个紧凑的测试加速器的能量回收直线加速器计划压缩束团长度在返回回路。开发了一种利用相干跃迁辐射的诊断系统，用于光束调谐和束团长度估计。通过扫描束流参数，我们在实验上找到了实现束团压缩的最佳条件。在束团电荷为2pC时，得到了250 ± 50fs的RMS束团长度。这一结果证实了未来能量回收直线加速器（ERL）束团压缩操作的设计和调谐过程。
2017-08-31 hep-ex physics.acc-ph
Beam dynamics performances and applications of a low-energy electron-beam magnetic bunch compressor
电子直线加速器的许多前端应用依赖于临时压缩聚束的产生。电子束团的缩短通常是通过位于加速器高能部分的磁束团压缩器来实现的。磁压缩受到集体效应的影响，包括空间电荷和通过相干同步辐射的自相互作用。在本文中，我们探讨了应用磁压缩低能量（$\sim 40$ MeV），高电荷（nC）电子束团与低归一化横向发射率（$< 5$ $μ$ m）。
2013-02-04 physics.acc-ph
Phase space exchange-based bunch compression with reduced CSR effects
通过理论和优化设计的相互作用，我们开发了一种新的基于非对称双发射度交换（DEEX）的聚束压缩方案，大大降低了相干同步辐射（CSR）效应。首先，我们讨论了基于相空间交换的聚束压缩器（BC）与基于弯道的对应物相比在线性单粒子动力学近似中以及在纵向空间电荷力驱动的微聚束不稳定性方面的优势。我们提出了模拟结果的非线性动力学在一个对称的DEEX BC占CSR效果的计划与直接和镜像的纵向相空间在出口处的光束线。后一种方案证明了CSR效应对纵向动力学的自补偿。接下来，我们优化的梁元件的参数与自适应反馈，导致在一个非对称配置的计划与补偿CSR和非线性效应的横向动力学，我们进一步提高了几个sextupoles依赖于本征发射度分析。最后，我们讨论了如何将这种方法推广到优化具有集体效应的非线性束动力学。
2018-09-14 physics.acc-ph
Exact 1-D Model for Coherent Synchrotron Radiation with Shielding and Bunch Compression
在小角度近似和高能量范围内，利用一维电荷分布模型有效地研究了相干同步辐射。在这里，我们使用Jefimenko的麦克斯韦方程组的形式，没有这样的近似，计算精确的尾场，由于这种影响，在多个弯曲和漂移。之前已经表明，漂移的影响可以很好地传播到随后的弯曲中。我们表明，对于合理的参数，以前的弯曲的影响也可以传播到随后的弯曲，这是特别重要的弯曲的开始。用镜像电荷法模拟了平行导电板的屏蔽作用。我们扩展的形式主义的情况下，压缩和解压缩分布，并得出结论，更简单的近似束压缩通常高估的效果。此外，考虑相干同步辐射谱，导出了高斯聚束辐射相干功率的精确公式，并用于检验尾流场计算的准确性。
2008-12-17 physics.acc-ph
Improving temporal resolution of ultrafast electron diffraction by eliminating arrival time jitter induced by radiofrequency bunch compression cavities
亚相对论超快电子衍射（UED）的时间分辨率通常受到用于压缩电子脉冲的射频（RF）透镜的射频（RF）相位和幅度抖动的限制。我们从理论上展示了如何通过使用几个RF压缩腔的组合来规避这一限制。我们表明，如果由相同的RF源供电，并与适当选择的RF场强，RF相位和腔之间的距离，由于RF相位抖动的腔的组合到达时间抖动被取消在压缩点。我们还表明，时间分辨率上的RF幅度抖动的影响是可以忽略不计时，通过腔在RF相位最佳（解）压缩。这将允许UED实验中的时间分辨率提高到远低于100 fs。
2017-04-26 physics.acc-ph
Theorems on Transverse-Longitudinal Coupling-Based Bunch Compression and Harmonic Generation Schemes
本文将基于横向-纵向耦合的束流操控方案的理论分析从4D相空间推广至6D相空间，证明了相关定理以支配束团压缩与高次谐波产生等场景。
2023-11-18 physics.acc-ph
Velocity bunching in travelling wave accelerator with low acceleration gradient
给出了速度聚束过程中加速度梯度影响的分析和模拟结果，速度聚束过程是一种使用行波加速结构作为压缩器的聚束压缩方案。研究表明，采用低加速梯度的束团压缩方法，能更好地抑制相位抖动，更容易获得纵向分布对称、能散小的压缩电子束。提出了一种横向发射度补偿方案来补偿压缩过程中空间电荷力的增加所引起的发射度增长，该方案易于根据不同的压缩因子进行调整。
2013-06-05 physics.acc-ph
Longitudinal compression and transverse matching of electron bunch for external injection LPWA at ESCULAP
我们目前的理论和数值研究的纵向压缩和横向匹配的电子束注入到激光等离子体尾场加速器（LWFA）预见在ESCUESTO项目在ORSAY。利用束流光学理论设计了狗腿弯道，并利用ImpactT和CSRtrack对狗腿弯道中的光束动力学进行了研究，同时考虑了三维空间电荷（SC）和相干同步辐射（CSR）效应。模拟结果表明，在狗腿入口处的能量啁啾应小于标称光学设计值，以补偿纵向SC引起的负能量啁啾增加，而CSR在我们的情况下可以忽略。在优化的结构下，电子束团（$\sim$ 10 MeV，10 pC）从0.9ps RMS压缩到70 fs RMS（53 fs FWHM），峰值电流为152 A。采用双合线和三合线实现横向匹配，用Madx进行匹配，用ImpactT跟踪电子聚束，模拟结果与标称设计值相差不大，这是由于SC效应造成的。最后，通过简单地调整四极强度，已经实现了初步的优化配置，其匹配的Courant-Snyder（C-S）参数$α_{x}=0.01$，$α_{y}=-0.02$，$β_{x}=0.014$ m，$β_{y}=0.012$ m的等离子体入口处。
2017-12-05 physics.acc-ph
Parallel-Plate Waveguides for Terahertz-Driven MeV Electron Bunch Compression
我们展示了波导的电磁性能飞秒电子束团的操纵和压缩与强场太赫兹（THz）脉冲。压缩器结构是一个无色散的指数锥形平行板波导（PPWG），可以沿一维聚焦单周期太赫兹脉冲。我们显示了锥形PPWG结构的测试结果，使用电光采样（EOS）在相互作用区域的峰值场至少为300 kV/cm给定0.9 uJ的入射太赫兹能量。我们还提出了一种改进的锥形PPWG的短接设计，以更好地操纵光束和减少磁场作为双馈方法的替代方案。作为一个例子，我们表明，与5 uJ的太赫兹能量，PPWG压缩2.5 MeV的电子聚束的压缩因子超过4，实现聚束长度约18 fs。
2019-05-07 physics.acc-ph physics.optics
Trapping, Compression and Acceleration of an Electron Bunch in the Nonlinear Laser Wakefield
本文提出并考虑了一种激光尾场加速方案，即当激光脉冲前有一束相对稀少的长束非相对论性或弱相对论性电子时。本文研究了在一维尾流场和三维激光尾流场中等离子体通道中测试电子的运动。结果表明，聚束被捕获，有效地压缩在纵向和横向方向上，并加速到超相对论能量的尾场的第一个加速最大值的区域。加速的聚束具有比等离子体波长小得多的尺寸和相对小的能量扩展。
2001-10-09 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Two-dimensional beam compression for sub-femtosecond electron beam generation
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Spallation Neutron Source Science Center（中国散裂中子源科学中心）
提出基于横向-纵向耦合的二维束团压缩方案，通过线性分析和粒子追踪验证，在消除纵向和能散贡献后，压缩束长由横向束质量和集体效应主导，模拟产生200 MeV、pC级、均方根时长0.45 fs的束团。
2026-08-12 physics.acc-ph
Coulomb-driven relativistic electron beam compression
带电粒子间的库仑相互作用是一个广为人知的现象。一般来说，库仑排斥力加宽了电子聚束的脉冲宽度，并限制了许多科学设备的时间分辨率，例如超快电子衍射和X射线自由电子激光。在这里，我们展示了一个方案，实际上利用库仑力压缩相对论电子束。此外，我们表明，库仑驱动的聚束压缩过程不会引入额外的定时抖动，这是在传统的射频聚束技术形成鲜明对比。我们的工作不仅提高了基于电子束的超快仪器的时间分辨率，这可能为探测远离平衡的材料系统提供新的机会，而且还为通过自场相互作用进行先进的束操纵开辟了一个有前途的方向。
2018-03-15 physics.acc-ph
Suppressing Coherent Synchrotron Radiation Effects in Chicane Bunch Compressors
本文针对C型弯道聚束压缩器中的相干同步辐射效应，提出非对称几何设计以抵消其影响，并通过积分方法和ELEGANT模拟验证，显著抑制发射度增长。
2024-03-18 physics.acc-ph
Comparison study on first bunch compressor schemes by conventional and double C-chicane for MaRIE XFEL
我们报告了我们的比较研究的第一阶段电子束压缩计划在750 MeV的X射线自由电子激光（XFEL）正在开发中的物质辐射相互作用在极端（MARIE）项目在洛斯阿拉莫斯国家实验室使用传统的和双C-弯道。与传统的C-回旋束压缩器相比，双C-回旋方案利用相干同步辐射（CSR）在第二个C-回旋中产生的横向动量位移来补偿第一个C-回旋中产生的横向动量位移，从而使压缩后的电子束具有最小的横向动量.研究还发现，双C-曲线方案可以被设计成在聚束压缩过程中更好地保持束流发射度。这对于MaRIE XFEL特别有利，其激光性能关键取决于超低束流发射度的保持。
2022-09-20 physics.acc-ph
Generation of Coherent X-Ray Radiation Through Modulation Compression
在本文中，我们提出了一个方案，以产生可调谐的相干X射线辐射的未来光源的应用。该方案利用能量啁啾电子束、激光调制器、激光啁啾器和两个束团压缩器，从直线加速器输出的几十安培电子束产生预聚束千安培电流电子束。初始调制能量波长可以在相空间中被压缩$1+h_b R_{56}^a$的因子，其中$h_b$是由激光啁啾器引入的能量束长度啁啾，$R_{56}^a$是第一束压缩器的动量压缩因子。作为说明，我们提出了一个例子，产生超过400兆瓦，170阿秒脉冲，1纳米相干X射线辐射使用60安培的电子束的直线加速器和200纳米的激光种子。通过调节压缩因子和激光器参数，该方案的最终波长和辐射脉冲长度都是可调的。
2011-03-15 physics.acc-ph
Analytical Scaling Laws for Radiofrequency Based Pulse Compression in Ultrafast Electron Diffraction Beamlines
在本文中，我们使用一个包络方程为基础的方法来获得分析的比例律最短的脉冲长度可实现使用射频（RF）为基础的聚束压缩。推导出的公式阐明了电子束能量和束电荷的依赖关系，并揭示了如何获得包含1百万电子与个位数fs脉冲长度的聚束;相对论能量是非常可取的。与RF曲率和漂移中的光束传播相关的非线性的影响被示出为强烈限制极端压缩比的可达性。使用额外的高频RF腔被提出作为一种方法来线性化聚束压缩，并使超短光束的产生在亚飞秒制度。
2021-06-03 physics.acc-ph physics.app-ph
IOTA Experiment for Proton Pulse Compression at Extreme Space-Charge
Northern Illinois University（北伊利诺伊大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
IOTA实验通过优化射频参数和晶格配置，研究极空间电荷条件下质子束的纵向压缩及横向上束流质量的保持。
2025-12-02 hep-ex physics.acc-ph
Coherent collective amplification of terahertz microbunching seeded by laser frequency beating in relativistic electron beams
Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高等研究院）；Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP), Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering (IFIN-HH)（极光大设施-核物理（ELI-NP），霍里亚·胡卢贝伊国家物理与核工程研发研究所（IFIN-HH））
针对自由电子激光太赫兹源，建立非线性模型描述拍频激光加热器注入的微聚束集体演化，揭示短波长双峰机制并优化压缩分配，实现高效可预测的微聚束调控。
2026-09-16 physics.acc-ph
Overview and Issues of Experimental Observation of Microbunching Instabilities
现代自由电子激光（FEL）加速器和驱动器所需的超亮光束的产生通常依赖于基于弯曲的聚束压缩，这通常导致微聚束不稳定性。在压缩之后，光谱增强甚至通过纵向空间电荷（LSC）阻抗延伸到可见波长。光学渡越辐射（OTR）屏已广泛用于亮束的横向电子束尺寸测量，但电子束或前沿尖峰中这种纵向微结构（微聚束）的存在可能会导致强烈的局部相干增强（COTR）掩盖实际束轮廓。一般来说，我们已经观察到的影响，在射频光阴极（PC）注入直线加速器与回旋压缩，因为一个R56项是必要的。在过去，COTR仅在S波段和L波段单束团压缩或双束团压缩的光注入直线加速器中有报道。驱动激光调制和电荷散粒噪声被怀疑是造成这种情况的原因。我们现在有证据的影响，在射频PC枪注入直线加速器和电子阴极（TC）枪注入直线加速器（后者不涉及驱动激光器）。自从第一次观测以来，已经做出了重大努力来表征、建模和减轻COTR对束流诊断的影响。最新的最先进的诊断这些影响将给出说明的例子在直线加速器相干光源（LCLS），弹簧8紧凑型SASE源（SCSS），弹簧8埃紧凑型自由电子激光（SACLA），先进的光子源（APS），和下一个直线对撞机测试加速器（NLCTA）。这些观察结果仍然是加速器社区感兴趣的。
2014-09-05 physics.acc-ph
Achieving 50 femtosecond resolution in MeV ultrafast electron diffraction with a double bend achromat compressor
提出并论证了一种产生超短、超稳定MeV电子束的新方案。在该方案中，在光阴极射频（rf）枪中产生的电子束首先在其自身的库仑力下膨胀，利用该库仑力在束纵向相空间中压印正能量啁啾。然后将束发送通过具有正纵向色散的双弯曲消色差透镜，其中具有较低能量的聚束尾部的电子遵循较短的路径，从而赶上聚束头部，导致纵向聚束压缩。我们表明，与优化的参数设置，从电子源到压缩点的整个束路径可以作出isoorthogonal的电子束的飞行时间是免疫的射频振幅的波动。利用激光驱动的太赫兹偏转器，测量了20 fC光束压缩后的束团长度和到达时间抖动分别为29 fs（FWHM）和22 fs（FWHM）。这种超短和超稳定的电子束使我们能够在MeV超快电子衍射中实现50飞秒（FWHM）的分辨率，其中在2.6 THz处清楚地观察到对应于Bismuth A1g模式的晶格振荡，而无需校正短期定时抖动和长期定时漂移。此外，由于提高了时间分辨率和增加了电子通量，与声子耦合和衰减相关的振荡弱漫散射信号也被清楚地解析。我们预计，这项技术将有一个强大的影响，在新兴的超短电子束为基础的设施和应用。
2020-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.atm-clus
Beyond the Limits of 1D Coherent Synchrotron Radiation
集体效应的理解是现代加速器的性能的设计和优化的根本重要性。特别是，对光束质量有严格要求的加速器的设计，例如自由电子激光器（FEL），高度依赖于模拟、理论和实验之间的对应关系，以便正确地解释相干同步辐射（CSR）的效应和其他集体效应。加速器模拟代码中的传统方法是利用CSR力的解析一维近似。我们提出了一个扩展的一维CSR理论，以正确地考虑CSR力的入口和出口的偏转磁铁。该解决方案的适用范围有限，特别是在具有大横向光斑尺寸或偏离标称轴的束中。最近开发的代码直接从Lienard-Wiechert势计算色散区域中的CSR效应，尽管使用近似以提高计算时间。开发了通用粒子示踪剂（GPT）程序的一个新模块，用于模拟CSR的影响，并与其他程序进行了比较。我们实验证明偏离常用的一维CSR理论更极端的束团长度压缩的情况下，在费米自由电子激光设施。更好的协议被发现之间的实验数据和代码，占束的横向范围，特别是在更极端的压缩情况。
2018-05-15 physics.acc-ph
Wakefield effects of the bypass line in LCLS-II
在LCLS-II中，在加速和压缩之后以及在进入波荡器之前，光束穿过2.5 km的24.5 mm（半径）不锈钢管。通过管道的束非常短-标称100 pC情况下的均方根为8 um。因此，即使管道具有大孔径，应用的尾流也是{ \it短程}电阻壁尾流场。聚束分布近似均匀，因此尾流感应电压的特征在于相当线性的电压啁啾。事实证明，尾流供给在进入波荡器之前需要对LCLS-II光束进行去斜。在本文中，我们计算了尾流，讨论了计算的置信度，并研究了如何提高诱导啁啾的线性度和/或强度。最后，我们还研究了横向（偶极）阻性壁尾场的强度和影响。
2014-11-06 physics.acc-ph
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
