Rapid thermal emittance and quantum efficiency mapping of a cesium telluride cathode in an rf photoinjector using multiple laser beamlets
热发射度和量子效率（QE）是光电阴极的关键指标，它们的均匀性对高性能的光电注入器至关重要。几个QE映射技术已经成功地开发，但是，仍然是一个缺乏信息的热发射度地图。这是因为通过以精细步骤扫描穿过阴极的小光束来收集测量值的过程非常耗时。为了简化映射过程，并减少所需的时间进行测量，我们提出了一种新的方法，只需要一个单一的扫描的螺线管电流，同时获得热发射度和QE分布，通过使用一个图案束与多个子束。本文通过束流动力学模拟和理论分析证实了其可行性。该方法已成功地证明了在一个验证的原理实验中使用的L波段射频光注入器与碲化铯阴极。在实验中，从微透镜阵列系统产生七个小光束，并且它们相应的热发射度和QE分别从0.93至1.14 $μ$ m/mm和从4.6至8.7%变化。本文还讨论了该方法的局限性和未来的改进。
2020-05-05 physics.acc-ph
Analysis of photoinjector transverse phase space in action and phase coordinates
光电注入器是X射线自由电子激光（XFEL）的主要高亮度电子源。降低光子注入器发射度是提高XFEL激光性能的关键之一，因此精确测量发射度至关重要。众所周知，均方根发射度对相空间中粒子分布的低强度拖尾非常敏感，其测量依赖于信噪比和图像处理过程。这种敏感性使得对束横向亮度的解释具有挑战性，从而导致不同的发射度定义以减少尾部粒子的影响。本文从理论模型和实验两个方面对横向相空间进行了作用和相坐标分析，为束芯亮度的计算提供了一种更为直观的方法。
2022-02-18 physics.acc-ph
Eliminating uncertainty of thermal emittance measurement in solenoid scans due to rf and solenoid fields overlap
螺线管扫描法是在射频光阴极注入器中原位测量光阴极热发射度的最常用方法之一。在相当多的光电注入器中，螺线管的边缘场与电子枪的射频场重叠，这使得精确地了解传输矩阵具有挑战性，从而增加了热发射度的测量不确定度。本文总结了两种解决重叠问题的方法，并指出了它们的不足。此外，我们提供了一种新的方法来消除测量误差，由于重叠的问题，在螺线管扫描。通过理论推导、束流动力学模拟和基于三组不同结构的光电注入器的实验数据，系统地证明了新方法的测量误差很小，在大多数的光电注入器结构中可以忽略。
2021-06-07 physics.acc-ph
Upgrades of beam diagnostics in support of emittance-exchange experiments at the Fermilab A0 photoinjector
利用电子束相空间操纵来支持自由电子激光加速器设计优化的可能性激发了我们的研究。一个正在进行的计划，展示了在费米实验室A0的光电注入器的横向水平和纵向发射度的交换，最近受益于几个关键的诊断站的升级。需要对交换器束线上游和下游的这些性质进行精确测量。将描述通过使用垂直于光束方向的YAG：Ce单晶来改善屏幕分辨率项和减少光学系统的焦深的影响。在光谱仪中测量小能量扩散（<10 keV）的要求和导致束团长度小于500 fs的交换过程也导致了其他诊断性能的调整和升级。还报道了一个纵向到横向交换的例子。
2012-08-09 physics.acc-ph
Transverse emittance measurements on an S-band photoinjector rf electron gun
使用SASE自由电子激光产生短脉冲、相干X射线的拟议第四代光源需要高亮度电子源的演示。SLAC的枪测试设施（GTF）是为了测试SLAC拟议的直线加速器相干光源的高亮度光源而建造的。横向发射度的测量是在近30 MeV的YAG屏幕上使用四极扫描技术通过测量光斑尺寸。当电荷从50 pC增加到350 pC时，使用2 ps FWHM的激光脉冲宽度测量发射度从1 mm-mrad变化到3.5 mm-mrad。测量结果与使用LANL版本的PARMELA的模拟结果吻合良好。
2001-11-03 physics.acc-ph
New Design Study and Related Experimental Program for the LCLS RF Photoinjector
我们报告的结果，最近的光束动力学研究，动机是需要重新设计的LCLS的光注入器，导致发现一个新的有效的工作点的分裂RF光注入器。我们考虑了空间电荷束的发射度补偿机制：通过增加螺线管强度，发射度在漂移区呈现双极小行为。如果助推器位于相对发射度最大值和包络腰部出现的地方，第二个发射度最小值可以被转移到助推器出口，并冻结在一个非常低的水平（0.3毫米mrad的1 nC平顶聚束），在一定程度上，不变的包络匹配条件得到满足。驻波结构或嵌入长螺线管的行波结构都是升压直线加速器的候选者。仔细测量的发射度的演变作为在漂移区的位置的函数是必要的，以验证计算和实验确定适当的位置的助推器腔。新的设计研究和支持的实验计划正在进行中的SLAC枪测试设备进行了讨论。
2000-07-14 physics.acc-ph
A Polarized Electron RF Photoinjector Using the Plane-Wave-Transformer (PWT) Design
极化电子束现已在核物理和高能物理实验的粒子加速器中得到常规应用。这些光束目前产生的直流偏置光电子源结合射频斩波和聚束系统具有固有的高横向发射度。低发射率可以用射频枪产生，但真空环境到目前为止被认为太苛刻，不支持负电子亲和势GaAs光阴极。我们建议通过调整PWT射频光注入器来显著改善真空条件，以实现合理的阴极发射率和寿命。这种适应性也可以与特殊的光学器件相结合，这将导致在窄尺寸的归一化均方根发射度，可以低至10-8米的平光束。
2002-05-03 physics.acc-ph
Experimental demonstration of the correction of coupled transverse dynamics aberration in an rf photoinjector
在校正各种像差后，产生的低横向发射度电子束团接近光阴极的热发射度。最近，耦合横向动力学像差被理论上确定为发射度增长的重要来源，并且提出了用于消除其的校正器磁体[D. H. Dowell，F. Zhou和J. Schmerge，PRAB 21，010101（2018）]。当光束获得非对称分布时，该像差出现，然后光束相对于横向参考轴旋转，从而在垂直和水平平面中引入相关性。这种不对称性是由射频电子枪或发射度补偿螺线管中的弱四极场引入的，而旋转是由螺线管引起的。这封信提出了一个实验研究的耦合横向动力学像差的射频光注入器，并演示了它的消除由一个正常的和一个斜四极组成的四极校正。实验结果与理论预测和数值模拟吻合较好。研究还表明，低电荷束的发射率可以保存在其热值，这是1.05毫米mrad/mm，碲化铯光电阴极和248 nm紫外激光器的运输过程中。
2019-02-14 physics.acc-ph
Synchroscan streak camera imaging at a 15-MeV photoinjector with emittance exchange
在费米实验室A0光注入器设施中，激光微脉冲和电子束微脉冲的聚束长度测量在过去已经用滨松C5680条纹相机的快速单扫描模块完成，其固有的拍摄到拍摄的触发抖动为10- 20 ps。我们升级了相机系统，同步扫描模块调谐到81.25 MHz，以提供小于1.5 ps FWHM触发抖动的同步求和能力，并配备锁相延迟盒，以在10 s分钟内提供约1 ps的相稳定性。这些步骤使我们能够测量紫外激光脉冲训练在263 nm和电子束通过光学渡越辐射（OTR）。由于低电子束能量和OTR信号，我们通常将50个微脉冲相加，每个微脉冲为0.25- 1 nC。锁相延迟盒使我们能够评估色时间效应，并促使另一次升级到全反射镜输入光学镜筒。此外，我们增加了一个慢扫描水平偏转插件，为条纹相机提供双扫描能力。我们报告了一系列的测量过程中进行的这些升级，包括使用发射度交换光束线和同时成像的紫外驱动激光器组件，OTR，和800纳米诊断激光束长度和相位效应。
2012-10-03 physics.acc-ph
Multi-Objective Optimizations of High Gradient C-band Photoinjector for High Bunch Charge Applications
本文针对1.6-cell C波段光电注入器，使用多目标遗传算法（MOGA）优化发射度与束团长度，并引入光阑保留明亮束流核心，使横向发射度降低超2倍，超越了相似束团电荷束流线的实验现状。
2025-09-14 physics.acc-ph
RF Couplers for Normal-Conducting Photoinjector of High-Power CW FEL
大电流发射度补偿射频光注入器是实现大功率连续波自由电子激光的关键技术。一个正常的导电，2.5细胞π模式，700 MHz的CW RF光注入器，将用于演示目的的初步设计完成。这种光电注入器将能够将100 mA的电子束（在35 MHz的聚束重复率下，每聚束3 nC）加速到2.7 MeV，同时在摆动器处提供低于7 mm mrad的发射度。超过1兆瓦的射频功率将通过两个脊加载锥形波导馈入到光注入器腔。波导通过在厚壁中切割的“狗骨”虹膜耦合到腔。由于连续工作的光电注入器，耦合器虹膜的冷却是一个相当具有挑战性的热管理项目。本文介绍了一个详细的耦合器腔体系统，已执行的电磁建模的结果，以选择耦合器的设计，最大限度地减少虹膜加热，由于在其墙壁的RF功率损耗。
2004-04-22 physics.acc-ph
Compensating slice emittance growth in high brightness photoinjectors using sacrificial charge
本文提出利用束团自身形成波破激波前沿的牺牲电荷动态线性化核心相空间，并在UCXFEL注入器优化中实现发射度增长低于20 nm-rad、亮度提升约一个数量级。
2024-04-09 physics.acc-ph
The Flat Beam Experiment at the FNAL Photoinjector
一种用于产生具有高横向发射比的电子束的技术。一种“平”梁，已经由Brinkmann、Derbenev和Floettmann提出。[1]射频激光枪的阴极浸没在螺线管磁场中;因此，从圆形激光光斑发射的光束具有净角动量。随后通过在横向自由度之间具有90度相位超前差的四极通道导致平射束。实验研究正在费米实验室A0光电注入器上进行。到目前为止，已观察到高达50的横向发射比，结果与模拟基本一致。[1]R. Brinkmann，Ya.德尔别涅夫湾Floettmann，“直线对撞机的平束电子源。“TESLA注99-09，1999年4月。
2000-08-12 physics.acc-ph
Photoinjector design for the LCLS
直线加速器相干光源的设计假设，一个低发射度，1-nC，10-ps的光束将可注入到15-GeV的直线加速器。建议的射频光阴极注入器，将提供一个150 MeV的光束与均方根归一化发射度为1毫米的横向和纵向尺寸是基于一个1.6细胞的S波段射频枪，配备了一个发射度补偿螺线管。助推器加速器位于与第一发射度最大值重合的束腰处，并且提供有~25 MeV/m的加速梯度，即，“新工作点”。“阴极激发所需的紫外脉冲将通过将钛宝石激光系统的输出增加三倍来产生，该激光系统由一个高度稳定的连续锁模振荡器和两个由一对Q开关Nd：YAG激光器泵浦的蝴蝶结放大器组成。大带宽的钛：蓝宝石系统适应所需的时间脉冲整形。详细的设计和支持模拟。
2001-11-06 physics.acc-ph
Multiplexed Photoinjector Optimization for High-Repetition-Rate Free-Electron Lasers
超导X射线自由电子激光（FEL）的多路复用能力近年来受到了广泛关注。对来自多个波荡器线的光子特性的苛刻要求需要更灵活的束操纵技术来实现“按需束”的目标。在本文中，我们研究了一种多路复用配置的高重复率自由电子激光器，旨在同时提供不同电荷的低发射度电子束的光注入器。采用并行多目标遗传算法对光阴极注入器参数进行优化。所提出的配置可以大大提高光束操纵的灵活性，以提高多路复用能力，并实现设施的全部潜力。
2023-03-17 physics.acc-ph
Nonlinearly Shaped Pulses in Photoinjectors and Free-Electron Lasers
本文提出在光电注入器阴极采用色散控制非线性整形（DCNS）技术优化激光脉冲，以降低发射度并减少电子束尾部，在LCLS-II模拟中相比标准高斯脉冲使SASE时X射线功率提升35%。
2023-06-28 physics.acc-ph physics.optics
A Masked Photocathode in a Photoinjector
本文提出了一种用于产生高亮度电子束的掩模光阴极。代替将光阴极安装在电极上，使用具有小孔的电极作为掩模以将光阴极与加速真空室屏蔽。使用这样的掩模光阴极将通过将电极后面的光阴极旋转到孔中而使光阴极材料的更换变得容易。此外，这有助于减少来自光阴极材料的暗电流或次级电子发射。掩模光阴极还提供对高斯激光束的横向截止，其减少来自非线性空间电荷效应的电子束流发射度增长。
2011-02-02 physics.acc-ph
First observation of the exchange of transverse and longitudinal emittances
在费米实验室A0光注入器上完成了一个新的相空间操纵的实验方案，其中粒子束的水平和纵向发射度被交换。一种新的光束线，包括一个TM110偏转模腔两侧的两个水平色散狗腿已经安装。我们报告的横向和纵向发射度交换的第一次直接观察。
2011-06-20 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
Direct measurement of sub-10 fs relativistic electron beams with ultralow emittance
通过将超快（$\sim$ 100 fs）激光脉冲紧密聚焦在1.6单元射频光注入器的阴极上，获得了每束具有$10^5$电子的超低发射度（$\leq20$ nm，归一化）电子束。利用小的初始纵向发射度，下游速度聚束腔被用来压缩束到$<10$ fs rms聚束长度。使用厚的高压偏转腔，这是非常适合测量超短的聚束时间进行测量，只要光束到达弹道纵向焦点在腔中心。
2017-03-10 physics.acc-ph
Next Generation High Brightness Electron Beams From Ultra-High Field Cryogenic Radiofrequency Photocathode Sources
最近的射频（RF）铜腔在低温下工作的性能的研究表明，在最大可实现的表面电场显着增加。我们建议利用这一发展，使新一代的光电注入器在低温下工作，可以达到，通过增强发射场在光阴极，五维电子束亮度显着增加。我们提出了详细的研究与这样一个系统相关联的束流动力学，通过检查在250 MV/m的峰值电场，达到归一化发射率在40 nm-rad范围内的收费（100-200 pC）适用于在硬X射线自由电子激光（XFEL）的情况下使用的LCLS的基础上操作的S-波段的光电注入器。在这种情况下，我们表明，由开始到结束的模拟，该源的属性可能会引起高效率的操作的XFEL，并允许扩展的光子能量达到一个数量级，超过80千电子伏。这种XFEL所需的亮度是通过压缩后的低源发射度和高电流来实现的。在XFEL的例子分析，在最终的压缩过程中的发射度保留使用微聚束技术。极低的发射度的情况下获得的pC充电，适当的超快电子衍射和显微镜实验的时间分辨率限制显着扩展，也进行了审查。虽然在低温光注入器的亮度的增加主要是由于通过场增强的发射电流密度的增强，进一步可能增加的性能所产生的降低本征阴极发射度在低温操作进行了分析。实验实施中的问题，包括腔优化，以降低低温散热，外部耦合，和制冷机系统进行了讨论。
2018-12-30 physics.acc-ph
Design of a radio-frequency photoinjector for generating relativistic vortex electron beams
ITMO University（ITMO大学）；Joint Institute for Nuclear Research（联合核研究所）；Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch of RAS（俄罗斯科学院西伯利亚分院布德KER核物理研究所）；Institute of Nuclear Physics（核物理研究所）
本文通过经典和量子模拟研究微波光注入器测试台，优化参数以获得稳定的电子束，并验证了加速涡旋电子束的可行性。
2026-11-04 physics.acc-ph physics.atom-ph
Multi-Bunch Dynamics in RF Photoinjectors Through an Envelope Equation Approach
由超导直线加速器驱动的自由电子激光要求产生、加速和传输高电荷、高重复频率和低发射度的聚束串。已经开发的SC直线加速器中的束流动力学建模的数值模型，现在已被扩展到治疗射频枪的光阴极聚束产生的适当描述。该模型算法是基于一个耦合的牛顿和麦克斯韦方程组下的一个缓慢变化的包络线近似的模式振幅的时间演化的加速结构和一组束切片的包络线方程描述的积分。用这种方法可以研究梁的加载效应和高阶模态的激励。作为一个特殊的设计TTF-FEL注入器的应用程序，并根据不变的包络概念的优化进行了讨论，在单束团计算的框架相比，其他多粒子代码的结果。
1998-07-22 physics.acc-ph
Electron beam emittance at operational intensity in fourth-generation synchrotron light sources
本文研究第四代同步辐射光源在运行强度下发射度随能量和强度的变化，综合束内散射、阻抗效应和谐波腔束团拉伸，以确定最优参数组合。
2024-05-02 physics.acc-ph
Horizontal Emittance Reduction on a Synchrotron Radiation Light Source with a Robinson Wiggler
同步辐射装置的性能受光子束亮度的强烈影响，通过降低束流发射度可以进一步提高光子束亮度。Robinson Wiggler可以安装在非零色散的直线段中，以降低水平束流发射度。它由一组极性交替的磁铁组成，其磁场和梯度符号相反。它提供了一个紧凑的解决方案，以减少50%的水平发射度。但它能增加40%的能量扩散。本文介绍了Robinson Wiggler（RW）的概念，利用四个现有的波荡器首次在同步辐射光源中观测了Robinson效应对光束横向和纵向特性的影响，并研究了其对光子通量密度的影响。
2018-06-25 physics.acc-ph
Demonstration of Low Emittance in the Cornell Energy Recovery Linac Injector Prototype
我们提出了一个详细的研究康奈尔能量恢复直线加速器的光电注入器，高亮度，高重复率（1.3 GHz）的直流光电发射源，旨在驱动硬X射线能量恢复直线加速器（ERL）所产生的电子束的六维相空间。建立了完整的喷油器仿真模型，并进行了试验验证和优化。水平和垂直的二维横向相空间，以及时间分辨（切片）的水平相空间，进行了模拟和直接测量的19 pC和77 pC聚束在大约8 MeV的注射器的末端。选择这些聚束电荷是因为如果以全1.3 GHz重复率操作，则它们对应于25 mA和100 mA的平均电流。对于19（77）pC/聚束，所得到的90%归一化横向发射度在水平平面中分别为0.23 +/-0.02（0.51 +/-0.04）微米，在垂直平面中分别为0.14 +/-0.01（0.29 +/-0.02）微米。这些发射度分别用2.1 +/- 0.1（3.0 +/- 0.2）ps的相应聚束长度测量。在每种情况下，均方根动量扩散被确定为1 e-3的数量级。测量和模拟之间的良好的整体协议已被证明。使用的发射度和聚束长度测量在19 pC/聚束，我们估计在1.3 GHz，5 GeV的硬X射线ERL的电子束质量至少是一个因素的20倍，优于现有的存储环时，每个设备的均方根能量扩展被认为是。这些结果代表了高亮度，高电流光电注入器领域的一个里程碑。
2013-07-23 physics.acc-ph
Short-Pulse Driven Radiofrequency X-Band Photoinjector: Electromagnetic Properties and Beam Dynamics in the Transient Regime
本文研究短射频脉冲驱动的X波段光注入器在瞬态条件下的电磁特性与束流动力学，通过动态场映射模拟揭示瞬态效应对束流能量、发射度和束长的影响。
2025-03-13 physics.acc-ph
Comparison of DC and SRF Photoemission Guns For High Brightness High Average Current Beam Production
两个最突出的电子源的高平均电流高亮度电子束，直流和超导RF光电发射枪，进行了比较，使用一个大规模的多变量遗传优化接口与空间电荷模拟代码。每种情况下的枪的几何形状是同时变化的激光脉冲的形状和参数的下游光束线元件的光电注入器，以获得最小的发射率作为一个函数的聚束电荷。对两种枪型的最大场值施加了现实约束。SRF和直流枪的发射度和束包络进行了比较的光阴极热发射度的各种值。发现这两个系统的性能在很大程度上是可比的，提供低本征发射度的光电阴极可以采用。
2011-03-29 physics.acc-ph
Suppression of the emittance growth induced by coherent synchrotron radiation in triple-bend achromats
在束团长度短、峰值电流大的高亮度光源和直线对撞机中，弯曲路径上的相干同步辐射（CSR）效应对横向发射度的稀释起着重要作用。抑制由CSR引起的发射度增长对于保持光束质量和帮助改善机器性能是至关重要的。结果表明，双弯消色差透镜（DBA）中的CSR效应可以用二维点反冲分析方法进行分析。本文应用该方法分析了能量恢复直线加速器光学设计中常用的对称布局三弯消色差透镜的CSR效应。给出了消除CSR线性效应的条件，并通过数值模拟进行了验证。结果表明，在此条件下，束流的发射度可以保持不变，并且在很大程度上对束流初始横向相空间分布的起伏有很高的容忍度。
2014-12-16 physics.acc-ph
Extreme bright coherent synchrotron radiation produced in a low emittance electron storage ring by the angular dispersion induced microbunching scheme
短波长范围内极亮相干同步辐射的产生在同步加速器光源界引起了极大的兴趣。本文采用一种新的相干辐射产生技术，即利用角色散通过微小幅度的能量调制来增强微聚束。该方案可以插入储存环的长直段中。本文提出了一种能量为3.5GeV的极低发射度储存环的晶格设计，它采用了高阶消色差（HOA）的概念。我们展示了多弯消色差（MBA）晶格的设计结果，发射度为20 pm-rad，周长约900米。数值模拟表明，这种角色散诱导的微聚束方案可以在软X射线附近产生相干辐射，重复频率可达10 kHz，光谱亮度可达3*10^24phs/s/mm^2/mrad^2/0.1%BW。
2020-03-19 physics.acc-ph
Measurement of transverse beam emittance of split beams for the CERN Proton Synchrotron Multi-Turn Extraction
穿过水平非线性共振是可用于将束分裂成若干子束的方法，其目标是从圆形粒子加速器执行多匝提取。这种方法已在欧洲核子研究中心质子同步加速器中成功实施，并经常用于在超级质子同步加速器中产生用于固定目标物理学的高强度质子束。最近，由于金刚石探测器的部署，最初安装用于监测提取时的束流损失，因此可以在提取之前测量分裂束的水平束流发射度。这是第一次尝试对分裂光束进行发射度测量，即在高度非线性光束动力学的情况下。在本文中，该技术的介绍和应用的实验数据的分析，并详细讨论。这一结果是必不可少的分裂过程的性能评估和进一步的性能改进的设计。
2022-11-28 physics.acc-ph
Controlling Electron-Beam Emittance Partitioning for Future X-Ray Light Sources
出于对未来光源的发射度要求，我们展示了如何引入横向相关性来创建具有大发射度不对称性的光束。这个概念概括了一个平束变换的一个关键方面，它引入了横向平面之间的初始相关性，系统与初始的横向相关性。我们提出了一个本征发射度的形式主义来分析这样的系统。我们通过分析从利用具有倾斜脉冲前沿的激光的光电注入器发射的电子束来说明该方法。这种方法可以用来设计束传输系统，实现非常横向明亮的电子束。
2010-10-22 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Versatile, high brightness, cryogenic photoinjector electron source
自从三十多年前射频（rf）光注入器电子源的引入以来，峰值性能需求已经决定了高加速电场的使用。随着最近在可获得的场值方面的强劲进展，预期伴随的光束亮度的增加将是戏剧性的。在这篇文章中，我们研究了在高频低温射频光注入器中实现极高梯度加速。我们详细讨论的效果，通过优化的射频腔的形状，丰富的空间谐波含量在此设备中的加速模式。更高的空间谐波提供有用的、增强的线性聚焦效应，以及潜在有害的非线性横向力。它们还用于大幅增加平均加速场与峰值表面场的比率，从而有助于管理功率和暗电流相关的挑战。我们调查了两种情况，其目的是在独特的利用这一来源的能力。首先，我们研究了如何在先进的自由电子激光应用中获得极高的六维亮度。我们还研究了使用磁化光阴极的设备，用于产生前所未有的低不对称发射度，高电流电子束，达到线性对撞机兼容的性能。由于这两种情况都需要先进的，紧凑的螺线管设计，我们描述了一种新型的低温螺线管系统。随着高场射频和静磁结构的介绍，我们分析了集体束动力学在这些系统中，通过理论和多粒子模拟，包括特别强调与微观库仑相互作用的粒度效应。
2021-05-11 physics.acc-ph
Formation of Compressed Flat Electron Beams with High Transverse-Emittance Ratios
扁平光束--具有不对称横向发射度的光束--在新型光源概念、先进加速方案中具有重要的应用，并且可能减轻轻子对撞机中对阻尼环的需求。在过去的十年中，提出了一种基于角动量主导光束转换的扁平光束产生技术，并进行了实验测试。在本文中，我们探讨的生产压缩扁梁。我们特别研究和优化的光束具有相当大的分数能量扩展的平束变换。作为一个模拟的例子，我们使用的费米实验室的先进超导测试加速器（ASTA）的光注入器。通过对3.2 nC、1.0 nC和20 pC的聚束电荷在~37 MeV下进行从开始到结束的数值模拟，对ASTA的扁平束流产生和压缩进行了优化。在不同束团电荷的情况下，压缩前束流的最佳发射度分别为0.25 μm（发射度比约为400）、0.13 μm、15 nm，压缩后束流的最佳发射度分别为0.41 μm、0.20 μm、16 nm，对于3.2 nC束流，束流峰值电流可达5.5 kA。这些参数与在非对称介质内衬波导中激发尾场或使用小间隙微波动器产生显著光子通量所需的要求一致。
2014-09-05 physics.acc-ph
Coherent synchrotron radiation instability in low-emittance electron storage rings
本文以Elettra 2.0和SuperKEKB低能环为例，系统研究低发射度电子储存环中由相干同步辐射等高频阻抗驱动的微波不稳定性，并分析其与宽带阻抗的相互作用。
2024-05-29 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
Limit on a horizontal emittance in high energy muon colliders due to synchrotron radiation
结果表明，在100 TeV μ子对撞机上，环中的同步辐射将决定最小水平发射度。
2000-01-12 hep-ex physics.acc-ph
Low emittance lattice for the storage ring of Turkish Light Source Facility TURKAY
土耳其加速器中心）项目旨在在土耳其建立一个加速器中心。该项目的第一步是建设红外自由电子激光装置。第二阶段是建立一个名为TURKAY的同步辐射装置，这是第三代同步辐射光源，旨在实现3 GeV低发射度电子束的高亮度光子束。电子束参数高度依赖于储存环的磁晶格。本文提出了一种用于TURKAY的低发射度储存环，并研究了磁晶格的束流动力学特性。
2014-09-16 physics.acc-ph
Analytical formulas of coherent-synchrotron-radiation induced microbunching gain and emittance growth in an arbitrary achromatic four-bend chicane
本文推导了任意消色差四弯铁磁压缩节中同时包含稳态与瞬态 CSR 效应的微聚束增益和发射度增长解析公式，经验证与模拟一致，可大幅缩短 CSR 效应评估时间并支持参数依赖的系统研究。
2024-03-29 physics.acc-ph
Suppression of Coherent Synchrotron Radiation-Induced Emittance Growth in a Multi-Bend Deflection Line
针对高亮度电子束输运中相干同步辐射导致的发射度增长问题，提出基于反向晶格的优化方法，设计四弯消色差结构，可同时抑制稳态和序列漂移中的CSR效应，仿真验证峰值电流3000A下大角度偏转时发射度几乎不变。
2024-05-24 physics.acc-ph
Transverse beam size measurement system using visible synchrotron radiation at HLS II
在合肥光源II储存环上安装了干涉仪系统和可见同步辐射（SR）成像系统。利用同步辐射工作室（SRW）程序对这两个系统进行了模拟。利用这两个系统，可以测量束流的能散和束流发射度。本文详细介绍了这两种系统的原理和测量方法。最后给出了束流尺寸、发射度和能散的测量结果。
2016-02-25 physics.acc-ph
Transverse beam emittance measurement by undulator radiation power noise
储存环中非相干自发同步辐射的匝间功率起伏一般取决于电子束团的6D相空间分布。在某些情况下，如果只有一个参数的分布是未知的，这个参数可以确定从这些功率波动的测量幅度。在这封信中，我们报告了一个绝对测量（没有自由参数或校准）的一个小的垂直发射度（5- 15 nm rms）的平光束的这种方法，在条件下，当它是无法分辨的常规同步加速器光束尺寸监测器。
2021-02-25 physics.acc-ph
Low emittance upgrade for CANDLE project
为了提高CANDLE同步加速器光源的性能并与世界上最近提出的低发射度升级计划保持竞争力，我们开发了用于CANDLE助推器和存储环的新型低发射度晶格。这些晶格的设计考虑到磁体制造技术和多弯曲消色差概念的新发展。主要的设计考虑，修改后的晶格的线性和非线性梁动力学方面。
2015-09-29 physics.acc-ph
Limitations of emittance and source size measurement of laser-accelerated electron beams using the pepper-pot mask method
Institute of Optics and Quantum Electronics, Friedrich-Schiller-Universität（耶拿弗里德里希·席勒大学光学与量子电子学研究所）
本文研究了利用香菜花掩模法测量激光加速电子束发散度的局限性，并通过实验和模拟验证了该方法的适用性。
2026-01-16 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Possible operation of the European XFEL with ultra-low emittance beams
最近的成功激光的直线加速器相干光源（LCLS）在硬X射线制度和实验演示的可能性，以产生低电荷束与超小的归一化发射度导致的讨论乐观的情况下操作的欧洲XFEL。在本文中，我们考虑新的选择，利用低发射度的光束，相对较高的光束能量，可调间隙波动器，和多聚束的能力，这个设施。我们研究了在SASE模式下，在设计的光子能量范围为20-90 keV的自发辐射器（结合其中两个，U1和U2，在一个光束线）的操作的可能性，并表明，它成为可能与超低发射率的电子束类似的LCLS中产生的。作为一个额外的有吸引力的选择，我们认为强大的软X射线和真空紫外辐射的产生由相同的电子束泵探测实验，利用最近发明的紧凑的加力方案。我们还提出了一个电子感应加速器切换器作为一个简单的，廉价的，和强大的解决方案，SASE 1和SASE 2波荡器的多色操作，允许产生2至5个不同的独立颜色的X射线光束从每个这些波荡器同时多用户操作。我们描述了一个计划的泵浦探测实验，基于生产的两个不同的颜色由两个紧密间隔的电子束（产生在光电注入器）的帮助下，一个非常快的电子感应加速器开关。最后，我们将讨论如何没有重大修改的布局，欧洲XFEL可以成为一个独特的设施，不断覆盖强大的，相干辐射的一部分，从远红外线的电磁波谱的伽马射线。
2010-01-21 physics.acc-ph
Self-consistent treatment of Intra Beam Scattering, betatron coupling, and vertical dispersion in fourth generation light sources
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB)（亥姆霍兹柏林材料与能源有限公司）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；CERN（欧洲核子研究中心）
本文研究第四代光源中束内散射、betatron耦合和垂直发散的自洽处理，通过建立偏微分方程框架，分析束流发散的稳态和时间演化，考虑同步辐射、量子激发、betatron耦合、垂直发散和束内散射的相互作用。
2026-04-02 physics.acc-ph
Ultra-High Brightness Electron Beams from Very-High Field Cryogenic Radio-frequency Photocathode Sources
由SLAC-UCLA合作进行的在低温下操作的RF铜结构的最新调查显示，最大表面电场显著增加到500 MV/m。我们研究使用这些领域，使非常高的领域低温光注入器，可以达到超过一个数量级的峰值电子束亮度增加。我们提出的束流动力学研究相关的X射线自由电子激光注入器，使用开始到结束的模拟，显示高亮度和低发射度的这个源，使操作的紧凑型自由电子激光达到光子能量为80千电子伏。讨论了利用微聚束技术在压缩过程中保持光束亮度的问题。虽然在高场亮度的增益是由于发射电流密度的增加，但由于低温操作中固有阴极发射度的降低，亮度的进一步增加也是可能的。虽然这种类型的低温超高场光电注入器的最初建议强调S波段设计，但在C波段工作可能会带来许多潜在的优点。我们研究的问题，在C波段的实验实施，以及这种类型的设备在未来的硬X射线自由电子激光，如MaRIE的预期性能。
2018-01-21 physics.acc-ph
Control of Coherent Synchrotron Radiation and Micro-Bunching Effects During Transport of High Brightness Electron Beams
高亮度电子束在传输过程中的束流质量保持是现代加速器设计中普遍关注的问题。管理非相干同步辐射（ISR）的方法已经存在了几十年;随着光束亮度的提高，相干同步辐射（CSR）和微聚束不稳定性（uBI）已经成为性能限制。我们将diMitri、Cornacchia和Spampinati的补偿分析（正如Borland之前使用的那样）应用于与低发射率光束一起使用的传输系统的设计，并发现适当配置的二阶消色差器将抑制由于CSR引起的横向发射度增长并似乎限制uBI增益。
2014-03-10 physics.acc-ph
Concept of a Staged FEL Enabled by Fast Synchrotron Radiation Cooling of Laser-Plasma Accelerated Beam by Solenoidal Magnetic Fields in Plasma Bubble
最近在arXiv：1604.01259 [physics.plasm-ph]中提出了一种使用螺旋形激光脉冲在激光等离子体泡中产生千兆高斯螺线管场的新方法。这样的磁场使激光等离子体加速轻子的束流发射度的快速同步辐射冷却成为可能。这一新发现为激光等离子体自由电子激光器或对撞机的设计开辟了一条新途径，其中加速级与激光等离子体发射冷却级交错。在这篇概念论文中，我们概述了分段等离子体加速自由电子激光的外观，并讨论了详细研究该概念的可行性所需的进一步研究。
2017-07-17 physics.acc-ph
Manipulation of transverse emittances in circular accelerators by crossing non-linear 2D resonances
在圆形加速器中控制带电粒子束横向动力学中的非线性效应为控制某些束流特性开辟了新的可能性。通过跨越稳定的一维非线性共振进行光束分裂是CERN质子同步加速器常规操作的一部分。光束在水平面上创建的稳定岛内进行捕获和传输，以允许多圈提取到超级质子同步加速器，光束用于固定目标实验。该过程仅作用于水平束流发射度，引起其初始值的减小。在本文中，我们提出了一个概括的这种方法，其中两个横向平面所提出的技术的影响。我们将详细讨论如何操纵的横向发射度通过一个受控的交叉的2D非线性谐振。新的技术将通过讨论的哈密顿模型的理论分析，以及使用更现实的非线性辛映射模拟所提出的操作的性能。
2022-02-09 physics.acc-ph
Nonlinear Photoemission for Bright Beams in X-Band Photoinjectors
Biodesign Institute, Arizona State University（亚利桑那州立大学生物设计学院）；Department of Physics, Arizona State University（亚利桑那州立大学物理系）；Center for Applied Structural Discovery, Arizona State University（亚利桑那州立大学应用结构发现中心）
针对X波段光阴极注入器 blow-out 模式下线性光发射的技术挑战，提出非线性光发射设计，产生高亮度电子束，正通过空间光调制器进一步提升其亮度。
2026-10-14 physics.acc-ph physics.optics
Suppression of the emittance growth induced by CSR in a DBA cell
当束团长度短、峰值电流大的电子束团在偏转磁体中传输时，相干同步辐射（CSR）引起的发射谱增长是一个重要的问题。本文介绍了一种与R-矩阵法相同且使用方便的单踢法。然后利用该方法，提出了一种在消色差单元内使发射度稀释最小的光学设计方法。
2013-12-30 physics.acc-ph
Low-emittance storage rings
讨论了同步辐射对储存环中粒子运动的影响。在没有辐射的情况下，粒子运动是辛的，并且束流发射度守恒。在一个经典的近似列入辐射效应导致发射度阻尼：表达式的阻尼时间推导。然后，它表明，量子辐射效应导致的束流发射度的激发。平衡的纵向和水平（自然）发射度的一般表达式。晶格设计对自然发射度的影响进行了讨论，特别注意FODO，消色差，和TME风格的晶格的特殊情况。最后，考虑了感应加速器耦合和垂直色散（由磁体对准和晶格调谐误差产生）对垂直发射度的影响。
2015-07-08 physics.acc-ph
Longitudinal rms emittance preservation during adiabatic capture for Gaussian beams
本文分析了重离子聚束过程中发射度的保持问题。分析的目的是找出滑行光束的发射度均方根值与所产生的聚束的发射度均方根值之间的相关性。利用理论分析和粒子跟踪模拟研究了高斯惯性光束在同步加速器中的束流发射度。对聚束过程前后发射度的关系给出了新的结果。发现可以确定一个常数因子来描述这种关系。该因子可用于避免耗时的模拟。如果在聚束过程之前已知均方根发射度，则可以在之后计算聚束束的均方根发射度。这也使得确定特定填充比所需的铲斗面积成为可能。
2019-11-13 physics.acc-ph
