Extension of SASE bandwidth up to 2% as a way to increase the efficiency of protein structure determination by x-ray nanocrystallography at the European XFEL
利用XFEL辐射的飞秒X射线纳米晶体学是一种新兴的蛋白质结构测定方法，其使用的晶体尺寸范围从几十到几百纳米。晶体被XFEL脉冲随机撞击，产生未知方向的衍射图案。人们可以通过研究衍射图案本身来确定这些取向，即通过索引布拉格峰。索引的单个图像的数量和SASE带宽是内在联系的，因为增加每个单个图像的布拉格峰的数量需要增加光谱的带宽。这需要百分之几的SASE带宽，导致在相同的点击次数下索引图像的数量增加。基于欧洲XFEL基线的开始到结束的模拟，我们在这里证明，它是可能实现高达十倍的增加SASE带宽，与标称模式的操作相比。这为进一步提高欧洲XFEL的蛋白质结构测定效率提供了途径。我们用溶菌酶纳米晶体的模拟来说明这个概念。
2013-06-20 physics.acc-ph
Different Charges in the Same Bunch Train at the European XFEL
在本文中，我们已经调查了不同的收费操作的可能性，在一堆训练的名义设计的XFEL注入器和的情况下，它是由一个额外的激光系统在阴极上扩展。本文研究了训练中不同束团电荷束流光学函数的相似性问题。我们还报告了选定的压缩方案的光束光学功能的灵敏度，并给出了一个概述的工作点的设置在注入器的单电荷操作，以及不同的聚束对组合的工作点。
2013-11-21 physics.acc-ph
Corrugated structure insertion for extending the SASE bandwidth up to 3% at the European XFEL
X射线自由电子激光（XFEL）在飞秒纳米晶体结构中的应用涉及到对许多任意取向的小晶体的顺序照射。因此，宽的辐射带宽将是有用的，以便获得和索引用于确定晶体取向的更大数量的布拉格峰。考虑在汉堡的欧洲XFEL的基线配置，并基于束流动力学模拟，我们在这里证明，波纹结构的使用允许辐射带宽的相当大的增加。3%的带宽，几个微焦耳辐射脉冲能量，几个飞秒脉冲持续时间，和5.4 keV的光子能量的数据收集是可能的。对于这项研究，我们已经开发了一个分析模态表示的短程尾流函数的平面波纹结构的任意偏移的源和见证粒子。
2016-07-26 physics.acc-ph
Beam energy measurement at the European XFEL with high-performance trajectory fitting
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
本研究提出一种无需手动调整、可应用于晶格任意色散区段的高性能轨迹拟合方法，可在常规x86硬件上实时每秒测量数千个束团的能量，用于欧洲XFEL的束流能量监测。
2026-08-04 physics.acc-ph
Prospects for CW and LP operation of the European XFEL in hard X-ray regime
欧洲XFEL将在17.5 GeV的SP（短脉冲）模式下运行，0.65 ms长的聚束训练和10 Hz的重复率。直线加速器的CW（连续波）或LP（长脉冲）模式与相应的减少电子束能量的可能升级正在讨论多年。最近在专门的研发计划中取得的成功使我们能够预测在可预见的未来进行这种升级的技术可行性。挑战之一是在CW和LP模式下提供亚埃FEL操作。在本文中，我们进行了初步的分析，在硬X射线制度在CW和LP模式的能量为7 GeV和10 GeV，分别欧洲XFEL的可能操作。我们认为激光在基准XFEL波荡器以及在一个新的波荡器与减少的周期。我们表明，合理的电子束质量的要求，激光的基本将是可能的亚埃制度。作为一种选择，在短波长的辉煌的光子束的产生，我们也考虑谐波激光，最近吸引了显着的关注。
2014-03-03 physics.acc-ph
Update on the LLRF operations status at the European XFEL
欧洲XFEL（EuXFEL）是一种供用户使用的X射线范围内的自由电子激光。其高可用性是机器的关键方面之一。2022年，进入运营第六年。EuXFEL直线加速器基于TESLA超导射频技术，工作频率为1.3 GHz，射频脉冲长度为650 $μ$ s，重复频率为10 Hz。LLRF系统基于MicroTCA标准，并依赖于高水平的自动化。在这方面的贡献，我们回顾了LLRF操作在EuXFEL和新的工具和功能的开发，以提高监测和扩展的LLRF系统的可用性。
2022-11-04 physics.acc-ph
Nonlinear undulator tapering in conventional SASE regime at baseline electron beam parameters as a way to optimize the radiation characteristics of the European XFEL
我们证明，欧洲XFEL源在标称工作点的输出辐射特性可以很容易地作出显着优于目前报道的科学仪器和X射线光学的TDR。事实上，输出SASE特性的基线欧洲XFEL已预先优化假设均匀的波动器在一个标称工作点的5 kA的峰值电流，而不考虑潜在的波动器锥形SASE制度。为了说明这一点，我们分析的情况下，电子束团与标称参数。基于从开始到结束的模拟，我们表明，非线性波荡器锥形允许一个实现高达十倍的峰值功率和光子谱密度在传统的SASE制度，而无需修改的基线设计。自由电子激光程序Genesis已被广泛用于这些研究。为了增加我们的信心，在模拟结果中，我们交叉检查的结果再现在深非线性SASE制度与锥形波荡器使用代码ALICE。
2013-09-12 physics.acc-ph
The Full Potential of the Baseline SASE Undulators of the European XFEL
最近在科学仪器和X射线光学的TDR中使用的基线欧洲XFEL的输出SASE特性先前已经被优化，假设均匀的波荡器，而不考虑SASE制度中波荡器逐渐变细的潜力。在这里，我们证明了欧洲XFEL源的性能可以显着提高，而无需额外的硬件。该过程简单地包括在优化的波荡器间隙配置为每个X射线束线。在这里，我们提供了一个全面的描述作为波长和聚束电荷的函数的软X射线光子束的属性。基于标称参数的电子束，我们表明，波荡器锥形允许一个实现高达十倍的峰值功率和光子谱密度在传统的SASE制度的增加。我们说明了这一事实的SASE3光束线。自由电子激光程序Genesis已被广泛用于这些研究。基于这些发现，我们建议对SASE 3仪器（SCS，SQS）和SASE 3束流传输系统的要求进行更新。
2014-04-04 physics.acc-ph
Purified SASE undulator configuration to enhance the performance of the soft x-ray beamline at the European XFEL
最近在SLAC提出的纯化SASE（pSASE）波荡器配置有望增加XFEL的输出光谱密度。在这篇文章中，我们研究了一个简单的实现这种配置的软X射线光束线在欧洲XFEL。几个波荡器单元，在自由电子激光辐射的次谐波谐振，在指数制度的中间使用，以放大辐射，同时减少自由电子激光带宽。基于从开始到结束的模拟，我们表明，与所提出的配置的光谱密度在1.3 keV和3 keV之间的光子能量范围内，可以提高一个数量级相比，基线模式的操作。该选项可以在没有附加硬件的情况下被实现到可调间隙SASE 3基线波荡器中，并且它与针对相同波荡器线提出的具有光栅单色器的自播种选项互补，光栅单色器可以覆盖约0.26 keV和1 keV之间的光子能量范围。
2013-08-01 physics.acc-ph
Circular polarization opportunities at the SASE3 undulator line of the European XFEL
XFEL提供具有前所未有的峰值亮度和超短持续时间的X射线脉冲。它们通常由平面波荡器驱动，这意味着输出辐射是线性偏振的。然而，对于许多实验应用来说，偏振控制是至关重要的：除了产生线偏振辐射的能力之外，人们通常需要产生具有高偏振度的圆偏振辐射的可能性。这可以通过使用XFEL波荡器的第一部分来产生聚束，然后通过将聚束传播通过“补燃器”-具有可调谐偏振的短波荡器来实现，其中仅发生有限的增益。在这种情况下，需要考虑的问题之一是在辐射器中获得的圆偏振辐射与在自由电子激光的第一部分中产生的线偏振背景的分离。在这篇文章中，我们回顾了几种方法，包括反向锥形技术。特别是，我们使用的成因自由电子激光代码来模拟一个案例研究有关SASE 3自由电子激光线在欧洲XFEL与最新的参数，我们确认，预计高度的圆偏振。此外，我们建议通过线偏振辐射的角度分离或在样品位置处强烈散焦来进一步提高逆锥形技术的有效性。在这种方式中，我们利用独特的灵活性，欧洲XFEL从电子束和光子束流光学方面。
2016-08-29 physics.acc-ph
Optical Surface Properties and their RF Limitations of European XFEL Cavities
超导腔的内表面对实现最高加速场和低损耗起着至关重要的作用。欧洲X射线自由电子激光和国际直线对撞机HiGrade研究项目的腔体的工业制造允许对这种相互作用进行调查。为了实现内表面的连续检测，构建了光学检测机器人OBACHT，并开发了图像处理和分析程序，分析了内表面图像中的大量数据，得到了描述型腔表面的新变量。该定量分析确定了供应商特定的表面特性，从而可以在生产过程中进行质量控制和保证。此外，一个强大的负相关性的$ρ= -0.93$与积分晶界面积$\sum{\mathrm{A}}$与最大可实现的加速场$\mathrm{E_{acc,max}}$的$6\,σ$的意义已经被发现。
2017-04-20 physics.acc-ph
Anomaly Detection at the European XFEL using a Parity Space based Method
提出了一种基于宇称空间方法的超导射频腔异常检测新方法，其目标是检测失超并将其与其他异常区分开来。基于模型的奇偶空间方法依赖于分析冗余，并生成从可测量的RF波形计算的残差信号。残差是偏离模型的敏感指标，并为不同类型的异常提供不同的特征。这种新方法不仅有助于检测故障，而且还提供了一个目录的独特的签名，基于检测到的故障。该方法在欧洲X射线自由电子激光（EuXFEL）实验验证。使用这种新的方法分析了当前失超检测系统错误检测为失超的各种类型的异常。
2022-02-04 physics.acc-ph
Extension of self-seeding to hard X-rays >10 keV as a way to increase user access at the European XFEL
我们建议在欧洲X射线自由电子激光装置上使用单晶单色器的自播种方案，以产生16 keV的单色高功率辐射。基于开始到结束的模拟，我们表明，自由电子激光功率的变压器限制脉冲可以达到约100吉瓦，利用可调间隙基线波荡器的锥形。高光子能量、高峰值功率和非常窄的带宽的组合开辟了一个广阔的新应用范围，包括显著增加用户容量和充分利用欧洲XFEL的高重复率的可能性。事实上，处理单色硬X射线辐射，可以使用晶体作为偏转器，具有最小的光束损失。为此，提出了一种基于布拉格反射几何结构中使用晶体的光子束分布系统，用于未来的研究和基线设施的可能扩展。它们可以重复多次，以形成一个几乎完整的（一米刻度）环，两条相邻的线之间的角度为20度。晶体偏转器的反射率可以足够快地切换，通过翻转晶体与压电器件类似的X射线相位延迟器在同步辐射设施。这样就可以在10台独立的仪器之间分配单色硬X射线，从而使10个用户能够并行工作。因此，欧洲XFEL无与伦比的重复率将得到充分利用。
2011-11-24 physics.acc-ph
Self-seeding scheme for the soft X-ray line at the European XFEL
本文讨论了提高欧洲自由电子激光器在软X射线领域能力的潜力。高纵向一致性将是这种性能升级的关键。为了达到这一目标，我们研究了一个非常紧凑的软X射线自播种计划最初设计在SLAC [1，2]。该方案基于光栅单色器，可以直接安装在欧洲XFEL的SASE 3波荡器光束线上。对于欧洲XFEL完全相干软X射线脉冲是特别有价值的，因为他们自然支持提取更多的自由电子激光功率比在饱和状态下，通过利用可调间隙SASE 3波荡器的锥形。锥形化包括波荡器间隙从段到段的逐步改变。基于开始到结束的模拟，我们表明，软X射线自由电子激光功率达到约800吉瓦，这是约一个数量级高于SASE水平在饱和（100吉瓦）。在这项工作中研究的自播种设置是非常紧凑的（约5米长），成本效益。这最后一个特点可以证明，从运行阶段的一开始，它就被认为是欧洲XFEL能力的一个可能的补充。[1]Y. Feng，J. Hastings，P. Heimann，M. Rowen，J. Krzywinski和J. Wu，“软X射线自注入LCLS-II的X射线光学”，2010年自由电子激光会议论文集，瑞典马尔默，（2010年）。[2]Y. Feng，P. Heimann，J. Wu，J. Krzywinski，M. Rowen和J. Hastings，“用于LCLS-I软X射线自籽晶的紧凑光栅单色器设计”，https：//slacportal.slac…
2012-02-23 physics.acc-ph
Scheme for generating and transporting THz radiation to the X-ray experimental hall at the European XFEL
介绍了一种用于欧洲XFEL的THz边缘辐射源的设计。我们认为太赫兹辐射的产生从下游的SASE 2波荡器的电子束转储区域的电子束用过的电子束。这样，THz输出必须通过光子束隧道传播至少250米到实验大厅，以到达SASE 2 X射线箱。我们建议使用一个开放的光束波导，如虹膜引导作为传输线。为了有效地将辐射耦合到虹膜传输线中，可以直接在虹膜引导件内执行THz辐射脉冲的生成。将THz辐射传输到SASE 2 X射线箱的线路引入了约20 m的路径延迟。由于太赫兹泵浦/X射线探测实验应启用，我们建议利用欧洲XFEL基线多聚束操作模式，与222 ns的电子聚束分离，以应付太赫兹和X射线脉冲之间的延迟。我们提出了从开始到结束的模拟1 nC聚束操作参数，优化太赫兹泵浦/X射线探测实验。进行了太赫兹和SASE X射线辐射脉冲的详细表征。高度聚焦的THz光束将接近1 V/原子尺寸的高场极限。
2011-12-15 physics.acc-ph
Proposal to generate 10 TW level femtosecond x-ray pulses from a baseline undulator in conventional SASE regime at the European XFEL
欧洲XFEL的输出特性已经研究假设在5 kA的峰值电流的操作点。在本文中，我们探讨的可能性，远远超过这样的标称峰值电流水平。为了说明欧洲XFEL加速器复合体的潜力，我们考虑一束0.25 nC的电荷，压缩到45 kA的峰值电流。在这样高的峰值电流下工作的优点是X射线输出峰值功率的增加，而无需对基线设计进行任何修改。基于开始到结束的模拟，我们证明，这样高的峰值电流，结合波荡器锥形，允许一个实现高达100倍的增加，在传统的SASE制度的峰值功率相比，标称模式的操作。特别是，我们发现，10 TW功率级，飞秒X射线脉冲可以产生在3 keV和5 keV之间的光子能量范围内，这是最佳的单生物分子成像。我们的模拟是基于开发的所有21个细胞预见的SASE 3波荡器光束线，并表明，可以实现衍射所需的分辨率与15毫焦耳（对应于约3e13光子）的脉冲约3 fs，在100 nm的情况下，在光子能量为3.5 keV的焦点。
2013-08-02 physics.acc-ph
Extension of self-seeding scheme with single crystal monochromator to lower energy < 5 keV as a way to generate multi-TW scale pulses at the European XFEL
我们提出了一个使用的自播种计划与单晶单色器，以产生高功率，完全相干脉冲的应用程序在一个专用的生物成像光束线在欧洲X射线自由电子激光在3.5 keV和5 keV之间的光子能量范围。利用厚度为0.1 mm的金刚石晶体中的C（111）布拉格反射（π偏振），通过对SASE 3型波荡器的40个单元进行锥形化，FEL功率在整个光子能量范围内可达2 TW。本设计假设使用标称电子束能量为17.5 GeV、电荷为0.1 nC的标称电子聚束。在这项工作中提出的方案的主要应用是单个蛋白质分子的Single Shot成像。
2012-07-09 physics.acc-ph
CW Operation of the European XFEL: SC-Gun Injector Optimization, S2E Calculations and SASE Performance
本文介绍了用于欧洲XFEL连续波运行的超导电子枪注入器的优化结果、束流输运到波荡器的相应的从头到尾的模拟计算以及可实现光子能量的X射线强度的SASE计算。对于具有超导枪的注入器的优化主要针对已经实验示出的40 MV/m的加速梯度进行。选择不同的工作点相对于横向发射度和聚束长度，看看是否较低的横向发射度的较长的聚束生存的必要的更强的聚束压缩，以实现可比的峰值电流在波动器。此外，结果可能进一步改善枪梯度为50 MV/m和修改后的横向激光分布（截断高斯）。S2 E计算考虑了所有相关的集体效应，包括对所谓的微聚束不稳定性的影响的彻底处理。为此目的，跟踪与真实数量的粒子，在空间和时间的分辨率足够精细，计算不稳定增长模型。
2021-11-02 physics.acc-ph
Opportunities for Two-color Experiments at the SASE3 undulator line of the European XFEL
X射线自由电子激光（XFEL）已被证明可以产生短而强的辐射脉冲，从而允许广泛的新型实验。如果XFEL设备支持产生具有不同波长和可控延迟的两个X射线脉冲，则可能的实验范围甚至进一步扩大到包括X射线泵浦/X射线探测应用。在这项工作中，我们讨论了应用一种简单的和成本效益的方法产生双色脉冲在欧洲XFEL的SASE 3软X射线光束线的可能性。该技术是基于在基线波荡器中安装一个磁弯道，并可以在几个步骤中完成。我们讨论了这种升级的小量子系统（SQS）仪器的科学利益，与欧洲XFEL的高重复率，我们提供了从开始到结束的模拟辐射集中在样品上，证明了我们的概念的可行性。
2017-06-01 physics.acc-ph physics.ins-det
Scheme to increase the output average spectral flux of the European XFEL at $14.4$ keV
像非弹性X射线散射（IXS）和核共振散射（NRS）这样的技术目前受到X射线源处可用光子通量的限制。在$14.4$ keV处，第三代同步辐射源在meV带宽中每秒产生最大$10^{10}$光子。在这项工作中，我们讨论了利用高重复率的自种子脉冲在欧洲XFEL的流量增加了一千倍的可能性。在这里，我们报告的SASE 2光束线在欧洲XFEL的优化配置的可行性研究，结合自播种和波荡器锥形技术，以增加在$14.4$千电子伏的平均光谱通量。特别地，我们建议在$7.2$ keV下进行单色化，并在输出波荡器的第一部分中放大种子。放大过程可以在饱和之前的位置停止，在该位置处，电子束在相干辐射的第二谐波处得到相当大的聚束。输出波荡器的第二部分随后被调谐到二次谐波频率，即在$14.4$ keV，并用于在该能量下获得饱和。可以通过使输出波荡器的最后部分逐渐变细来进一步延长光子与电子束之间的能量交换。我们进行了从开始到结束的模拟和证明，自播种，结合波荡器锥形，允许一个实现超过一百倍的平均光谱通量增加相比，标称SASE制度在饱和，导致最大通量的顺序$10^{13}$光子每秒在兆电子伏带宽。
2015-08-18 physics.acc-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
Proposal for a scheme to generate 10 TW-level femtosecond x-ray pulses for imaging single protein molecules at the European XFEL
使用XFEL辐射的单生物分子成像是一种新兴的蛋白质结构测定方法，该方法使用近原子分辨率的“破坏前衍射”方法。这种生物成像实验的关键参数是光子能量范围、峰值功率、脉冲持续时间和横向相干性。最大的衍射信号是在支持给定分辨率的最长波长处实现的，该分辨率应优于0.3 nm。我们提出了一种配置，它结合了自播种和波荡器锥形技术与发射扰流器的方法，以增加XFEL输出峰值功率和缩短脉冲持续时间的水平足以进行生物成像的单蛋白质分子在最佳光子能量范围内，即约4千电子伏。LCLS的实验证实了这三种新技术的可行性。基于开始到结束的模拟，我们证明了自播种，结合波荡器锥形，允许一个实现高达100倍的峰值功率增加。在最后一个束团压缩器中增加了一个开槽箔，用于控制X射线脉冲持续时间。模拟表明，可以实现衍射所需的分辨率与50毫焦耳（对应于1e14光子）每10 fs脉冲在3.5 keV的光子能量在100 nm的焦点。这一结果举例说明使用光系统I膜蛋白作为案例研究。
2013-06-04 physics.acc-ph
Circular polarization control for the European XFEL in the soft X-ray regime
产生高圆偏振X射线辐射的可能性，特别是在软X射线区域，是XFEL的重要资产。然而，欧洲XFEL的基线，包括软X射线SASE 3线，预见平面波荡器。在SASE 3实施偏振控制的最低风险策略包括在平面波荡器的末端添加一个APPLE II型波荡器，以利用基线自由电子激光的微聚束。5米长的APPLE II波荡器是同步加速器的标准设备。然而，选择短螺旋辐射器导致背景抑制的问题。我们建议的驱动思想是，背景辐射可以通过空间滤波来抑制。狭缝可以插入APPLE II辐射器的后面，其中线性偏振辐射光斑尺寸比螺旋辐射器的辐射光斑尺寸大约30倍。SASE 3波荡器的最后7个单元留有开放间隙，以便为电子束和辐射提供总共42 m的漂移部分。线偏振辐射光斑尺寸沿漂移方向增大，线偏振背景辐射被狭缝抑制。同时，保持了微束团结构。在螺旋辐射器中发射100GW级相干辐射。过滤装置由一对用于X射线束过滤的水冷狭缝和一个5米长的磁性弯道组成，在螺旋辐射器后面立即产生狭缝安装的偏移。电子和X射线在狭缝之前被弯道分离，并且电子束可以无扰动地通过过滤装置。从开始到结束的模拟的基础上，我们提出了从SASE 3波荡器入口到辐射器出口的计算，包括调制电子束传输的FODO聚焦系统在低电荷（20 pC）的操作模式。
2011-06-09 physics.acc-ph
Automated Anomaly Detection on European XFEL Klystrons
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（柏林亥姆霍兹材料与能源研究中心）；Deutsches Elektronen-Synchrotron（德国电子同步加速器研究所）
为减少European XFEL高功率速调管的维护成本与停机时间，研究采用机器学习方法，通过特征提取、降维及前沿数据驱动学习技术分析速调管运行数据，以识别运行模式、及早检测故障与异常。
2024-05-20 cs.AI physics.acc-ph
Observation of harmonic lasing in the Angstrom regime at European XFEL
谐波激光提供了一个机会，以扩大现有的和计划的X射线自由电子激光用户设施的光子能量范围。与非线性谐波产生相反，谐波激光可以产生更强、更稳定、更窄的自由电子激光光束。另一个有趣的应用是谐波激光自种子（HLSS），它可以提高自放大自发发射（SASE）自由电子激光的纵向相干性和光谱功率。这一概念在4.5 - 15 nm范围内的FLASH和1 nm的PAL XFEL下进行了测试。在本文中，我们介绍了最近的结果，从欧洲的XFEL，我们成功地证明了谐波激光在5.9埃和2.8埃。在后一种情况下，我们获得了第三和第五谐波激射，并首次操作谐波激射级联（波荡器的第五-第三-第一谐波）。这些结果为达到非常高的光子能量铺平了道路，高达100 keV。
2021-04-01 physics.acc-ph physics.optics
Scheme for femtosecond-resolution pump-probe experiments at XFELs with two-color ten GW-level X-ray pulses
本文介绍了一种计划，可以在LCLS和欧洲XFEL进行泵浦探测实验，并确定需要什么额外的硬件开发，使这些实验的成果。建议从相同的电子聚束中获得泵浦脉冲和探测脉冲，但是从可调间隙基线波荡器的不同部分获得。这消除了对同步的需要并消除了抖动问题。该方法具有进一步的优点，使得在高峰值功率和高重复率下可获得宽的频率范围。所提出的方案的一个重要特点是，硬件要求是最小的。我们的技术本质上是基于“新鲜”束技术。对于其实现，用短磁延迟线（即弱磁弯道）代替单个波荡器模块就足够了，其在放大的线性级中相对于SASE脉冲将电子聚束延迟聚束长度的一半。此安装不会干扰基线操作模式。我们提出了一个可行性研究，我们与欧洲XFEL的SASE 2线的参数进行了例证。
2010-01-20 physics.acc-ph
Accurate simulation of the European XFEL scintillating screens point spread function
针对欧洲XFEL闪烁屏因厚度、观测角度和物镜像差导致的分辨率下降问题，研究实现了光学系统全畸变点扩散函数的精确模拟，并提出将PSF纳入高斯束形拟合函数的分辨率提升方法。
2024-12-09 physics.acc-ph physics.ins-det physics.optics
Perspectives of Imaging of Single Protein Molecules with the Present Design of the European XFEL. - Part I - X-ray Source, Beamlime Optics and Instrument Simulations
欧洲XFEL的单粒子、团簇和生物分子（SPB）仪器位于SASE 1波荡器后面，旨在支持约0.1微米至1微米大小的生物样本的成像和结构测定。该仪器的设计工作在光子能量从3 keV到16 keV。这种宽的操作范围是对聚焦光学器件提出挑战的原因。特别地，X射线源和样品之间约900 m的长传播距离导致光学器件处的大的横向光子束尺寸。光束发散度是光学系统的最重要参数，并且对于最低光子能量和最短脉冲持续时间（对应于最低电荷）是最大的。由于持续时间短于10 fs的标称X射线脉冲的大发散，人们遭受来自反射镜孔径的衍射，导致在4 keV左右的光子能量下的通量降低100倍，这对于单个生物分子的成像是理想的。SASE 1的额定输出功率约为50 GW。这与单生物分子成像所需的水平相差甚远，即使假设完美的光束线和聚焦效率。在这里，我们证明了加速器复合物和SASE 1波荡器的参数提供了一个机会，以最小的额外成本和时间优化单生物分子成像的SPB光束线。从加速器复合体开始处的电子注入器到产生衍射数据的从头到尾的模拟表明，在近原子分辨率下，在4 keV光子能量和100 nm焦点下，在4 fs脉冲中使用1 e13光子，可以实现每个香农像素约0.5个光子的无衍射衍射，对应于1 e23 ph/cm^2的注量。使用RNA Pol II分子作为案例研究来举例说明该结果。
2014-07-31 physics.acc-ph
Gamma-gamma collider with W_gg < 12 GeV based on the 17.5 GeV SC linac of the European XFEL
我们建议并证明，一个伽玛-伽玛对撞机与W_gg < 12 GeV，可以添加到欧洲的XFEL与其主程序的干扰最小。高能光子将通过0.5微米激光光子在现有的17.5 GeV电子束上的康普顿散射获得。这样的伽马-伽马对撞机将是现代技术发展和应用的绝佳场所：强大的激光器，光学腔，超导直线加速器和低发射率电子源-以及培训下一代加速器物理学家和工程师。物理学计划将包括各种J^P态（b \bar{b}、c \bar{c}、四夸克态、夸克分子和其他奇异态）中C=+共振的光谱学，其质量范围过去几乎没有涉及，目前或计划中的任何实验都没有涉及。可变的圆极化和线极化将有助于确定量子数和测量γ-γ截面的极化分量（σ_ \perp，σ_ \parallel，σ_0，σ_2）。
2020-08-10 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Design and Construction of a Test-Stand for the Split and Delay Line at the European XFEL
本文介绍欧洲 XFEL 分束延迟线测试台的机械、电子与真空系统设计建造，并在超高真空条件下完成组装和初步验证。
2024-08-01 physics.acc-ph physics.ins-det
Grating monochromator for soft X-ray self-seeding the European XFEL
自播种是一种很有前途的方法，显着缩小SASE带宽的XFEL产生近变换限制的脉冲。这种方法在软X射线波长范围内的实施必然涉及光栅作为色散元件。我们研究了一个非常紧凑的自播种计划与光栅单色器最初设计的SLAC，它可以直接安装在SASE 3型波荡器光束线在欧洲XFEL。单色器的设计是基于一个环形VLS光栅工作在一个固定的入射角安装没有入口狭缝。它的光谱范围从300 eV到1000 eV。光学系统的研究使用波动光学方法（与光线追迹比较），以评估性能的自播种计划。我们的波动光学分析考虑到实际光束波前的辐射从相干自由电子激光源，三阶像差，并从每个光学元件的错误。波动光学是设计无出射狭缝的自注入单色器的唯一方法。我们表明，没有出口狭缝，自播种计划的区别是非常需要的实验简单，实际上可以提供相同的分辨率（约7000）与出口狭缝。波动光学也自然适用于计算自注入方案的效率，其中包括单色透过率和种子束与电子束之间的失配的影响。模拟结果表明，自由电子激光功率达到1TW，TW脉冲的谱密度比饱和SASE脉冲的谱密度高两个数量级。
2013-03-06 physics.acc-ph physics.optics
Scheme for generation of fully-coherent, TW power level hard X-ray pulses from baseline undulators at the European X-ray FEL
提高X射线自由电子激光（XFEL）输出功率的最有希望的方法是使波荡器的磁场逐渐变细。此外，通过从单色种子而不是从噪声开始FEL过程，可以实现功率的显著增加。本报告建议利用级联自播种计划与尾单色器在可调间隙基线波荡器在欧洲XFEL创建一个源能够提供前所未有的特性在硬X射线波长的相干辐射。与SASE X射线自由电子激光参数相比，新光源的辐射具有三个真正独特的方面：完全的纵向和横向相干性，峰值亮度比LCLS目前可用的高三个数量级。此外，新的源将产生硬X射线束在非常峰值（TW）和平均（kW）的功率水平。因此，所提出的源可以彻底改变单生物分子成像，非弹性散射和核共振散射等领域。尾流单色器的自播种方案是非常紧凑的，并且几乎不需要成本和时间来实现。本文中提出的升级可以在欧洲XFEL的调试阶段进行，从运行一开始就开辟了广泛的新应用范围。我们目前的可行性研究和欧洲XFEL的SASE 2线的examplifications。
2010-07-16 physics.acc-ph physics.optics
Monochromatic operation of the SASE3 soft X-ray beamline at European XFEL
欧洲自由电子激光器SASE-3软X射线光束线是为提供250 eV - 3000 eV光子能量范围内的粉红色或单色光束而设计和建造的。在这里，我们专注于单色操作的SASE 3光束线和报告的SASE 3光栅单色器的设计和性能。自由电子激光源产生高度相干的短飞秒脉冲的独特能力通过控制光子能量和时间分辨率的需求来挑战单色器设计。传输接近变换极限脉冲的目标对光学质量提出了非常高的要求，特别是对光栅。目前实现的SASE 3单色器进行了讨论，比较最佳的设计性能。目前，单色器使用两个光栅：低分辨率光栅针对时间分辨实验进行优化，并允许大约2000 - 5000的中等分辨率以及几到几十飞秒RMS的脉冲拉伸，而高分辨率光栅以更大的脉冲拉伸为代价达到10000的分辨率。
2022-06-17 physics.acc-ph physics.ins-det physics.optics
Megahertz-rate Ultrafast X-ray Scattering and Holographic Imaging at the European XFEL
X射线自由电子激光器（XFEL）的出现彻底改变了基础科学，从原子到凝聚态物理，从化学到生物学，使研究人员能够获得具有前所未有的亮度，相干性和脉冲持续时间的X射线。直到最近建造的所有XFEL设施都以相对较低的重复率提供X射线脉冲，数据统计有限。在这里，我们提出的结果，从第一兆赫重复率X射线散射实验的光谱和相干散射（SCS）仪器的欧洲XFEL。我们说明的实验能力，SCS仪器提供，导致在MHz的重复率和新颖的DSSC 2D成像探测器的可用性的操作。选择固态样品中的时间分辨磁X射线散射和全息成像实验作为代表，为兆赫速率下的操作提供了理想的实验平台。我们的结果是相关的，并适用于任何其他非破坏性的XFEL实验中的软X射线范围。
2022-01-20 cond-mat.mes-hall physics.acc-ph physics.ins-det
Design Parameters and Commissioning of Vertical Inserts Used for Testing the XFEL Superconducting Cavities
欧洲XFEL是一个新的研究设施，目前正在德国汉堡地区的DESY建设中。从2015年起，它将产生极强的X射线闪光，供世界各地的研究人员使用。超导XFEL直线加速器由100个加速器模块组成，内部有800多个RF腔。加速器模块、超导磁体和腔体将在加速器模块测试设施（AMTF）中进行测试。本文概述了AMTF大厅两台低温恒温器（XATC）中垂直插入件的设计参数和调试情况。插入件用作4个九室腔的固定器。这使得可以并行地将4个腔冷却到2K，从而减少测试时间。将对每个腔体单独进行以下射频测量（选择作为质量检查）。之后，腔体将再次预热，并将被发送到加速器模块组件。
2013-06-26 hep-ex physics.acc-ph
Machine Learning Based ROI Segmentation for Beam Imaging Diagnostics at Accelerators
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度理工学院乔德普尔分校）
针对传统束流感兴趣区域检测方法在非理想束流轮廓下可靠性不足的问题，开发机器学习方法实现像素级ROI识别，提升了挑战性条件下的鲁棒性与准确性，可应用于各类加速器的束流成像诊断。
2026-08-28 physics.acc-ph
Detuning related coupler kick variation of a superconducting nine-cell 1.3 GHz cavity
超导TESLA型腔被广泛用于加速长聚束串中的电子，例如在高重复率自由电子激光中。TESLA腔中装有两个高次模耦合器和一个基波功率耦合器（FPC），它们打破了腔的轴对称性。因此，通过的电子经历轴向不对称的耦合器反冲，这取决于耦合器处的横向束位置和射频相位。由此产生的发射度稀释已在文献中详细研究。然而，由FPC引起的反冲明确地取决于耦合器处的前向行波与后向行波的比率，这很少受到关注。本文的目的是提出一种新的方法，分离的驻波和反射依赖部分的场扰动的离散耦合器踢的概念。特别注意的是针对FPC天线的穿透深度的作用，这决定了加载的腔体的品质因数。开发的光束传输模型进行比较，专门的实验在FLASH和欧洲XFEL。所观察到的横向耦合和失谐相关的耦合器反冲变化与模型符合得很好。最后，预期的轨道变化，由于耦合器反冲变化在欧洲XFEL的调查和数值研究的结果。
2018-04-07 physics.acc-ph
Performance of a Downconverter Test-electronics with MTCA-based Digitizers for Beam Position Monitoring in 3.9 GHz Accelerating Cavities
在欧洲XFEL上，计划使用3.9GHz加速腔中的束流激发高阶模（HOM）来监测束流位置。所选的HOM位于5440 MHz附近，带宽为100 MHz和9060 MHz，带宽为50 MHz。一个下变频器电子，建立在闪存测试，转换的HOM到70 MHz的中频。MTCA（微型电信计算架构）标准将用于XFEL。因此，使用MTCA数字转换卡SIS 8300对下变频器测试电子设备进行性能研究非常重要。该数字转换器采用108 MS/s的时钟频率对70 MHz的中频进行欠采样。本文介绍了数字化仪的性能以及测试电子学。并与216 MS/sVME（Versa Module Eurocard）数字化仪进行了比较。
2012-10-15 physics.acc-ph
Efficient model for low-energy transverse beam dynamics in a nine-cell 1.3 GHz cavity
FLASH和欧洲XFEL是SASE-FEL用户设施，在那里超导TESLA腔以脉冲模式运行，以加速长束流。几个腔由一个速调管供电。虽然低水平射频系统能够稳定的加速梯度的一个射频站的矢量和足够的，单个腔的射频参数变化的聚束串。在与未对准的相关性中，引起束内串轨迹变化。一个有效的模型来描述在低光束能量的效果，分别使用数值调整的传输矩阵和离散耦合器踢系数。将显示与开始到结束的跟踪和专用实验在FLASH注射器的比较。推导出的模型的计算时间短，允许全面的数值研究的影响，失调和可变射频参数的横向内束团训练束流稳定性在注入器模块。从这两个，统计多聚束性能的研究和推导失调多聚束实验的结果。
2017-10-13 physics.acc-ph
