Radiation from multi-GeV electrons and positrons in periodically bent silicon crystal
一个周期性弯曲的硅晶体被证明是有效地用于产生高单色辐射的伽马射线能谱范围。一个短周期的小幅度弯曲产生狭窄的波荡器型光谱峰值辐射从多GeV电子和正电子通道通过晶体。基准理论结果的波荡器上得到的模拟沟道与一个完整的原子的方法，在宏观传播距离的弹丸-晶体相互作用。采用MBN Explorer软件包进行中尺度、生物尺度和纳米尺度的分子动力学计算，有助于模拟。超相对论沟道射弹的辐射是在准经典形式下计算的。由于量子反冲的影响被证明是显着突出的伽马射线波荡器辐射。
2014-05-26 physics.acc-ph
Feasibility of an electron-based crystalline undulator
通过超相对论电子在周期性弯曲晶体中的平面沟道效应，证明了在光谱的伽马区域中产生强有力的波荡器型单色辐射的可行性。结果表明，基于电子的晶体波荡器比基于正电子的晶体波荡器工作在更高的束流能量范围内。对50GeV电子在Si中沿（111）晶面的沟道效应进行了数值分析。
2006-11-01 physics.acc-ph
Parameters of the crystalline undulator and its radiation for particular experimental conditions
我们报告了计划用于实验的晶体波荡器的理论和数值分析结果，这些实验是正在进行的PECU项目的一部分[1]。这样的分析的目的是定义的参数（不同于那些预先设定的实验装置）的波荡器，确保最高产量的光子的指定能量。计算了0.6和10 GeV正电子在周期性弯曲Si和Si $_{1-x}$ Ge $_x$晶体中的沟道效应。
2006-12-02 physics.acc-ph
A Benchmark Construction of Positron Crystal Undulator
正电子晶体波荡器（CU）的优化处理。概述了保证正电子铜辐射最大强度和最小谱宽的途径。我们声称，3 - 4%的最小CU谱宽度达到了几个GeV的正电子能量和CU中的晶体平面的最佳弯曲半径范围从3到5个临界弯曲半径的通道粒子。以下建议的方法的基准正电子CU建设的设计和它的功能说明使用模拟方法广泛测试的实验数据。
2015-02-23 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
Laser Driven Ultra-compact Undulator for Synchrotron Radiation
激光尾流场加速器已成为紧凑型同步辐射甚至x射线自由电子激光的一个有前途的候选者。目前，为了使电子发射电磁辐射，激光尾场加速电子的轨迹被横向尾场、反向传播激光场或外部永磁体插入装置偏转。在这里，我们提出了一种新型的波荡器，它具有几百微米的周期和几十特斯拉的磁场。波荡器由一个双线电容线圈靶组成，当被高能激光照射时，该靶维持强放电电流，产生围绕线圈轴的螺旋磁场。将该波荡器与最先进的激光尾场加速器耦合，可以同时产生能量范围为5-250 keV的超亮准单色X射线，并与基于永磁体的波荡器相比，优化了自由电子激光参数和增益长度。这个概念可能为超小型同步辐射甚至x射线自由电子激光铺平道路。
2019-03-13 physics.acc-ph
Comment on "Feasibility of an electron-based crystalline undulator"
Tabrizi等人[physics/0701342]讨论了基于电子的晶体波荡器（e-CU）通过50 GeV电子通过周期性弯曲晶体的平面沟道的可行性。我们证明他们的方案是不可行的。首先，它们的波荡器参数总是K >> 1，这破坏了光子干涉。其次，他们高估了e-CU中的电子退散长度一个数量级，这将e-CU周期的数量N从5-15（正如他们所希望的那样）缩短到1-2。这再次扼杀了他们的e-CU概念。首次模拟了起伏晶体中的电子沟道效应，得出了摇摆器强度K=10，周期数N=2的电子基晶体摇摆器是可行的。
2007-12-23 physics.acc-ph
LUX -- A Laser-Plasma Driven Undulator Beamline
LUX光束线是一种新型的激光等离子体加速器。基于汉堡大学和DESY的联合专业知识，光束线经过精心设计，将激光等离子体加速方面的最新专业知识与加速器技术和光束诊断方面的最新进展相结合。LUX引入了一种范式变化，从单发演示实验转向可用，稳定和可控的加速器操作。在这里，我们讨论了LUX的一般设计概念，并提出了最近已经实现的第一个关键里程碑，包括在重复频率高达5 Hz的能量高于600 MeV的电子束的产生和自发波荡器辐射的产生在远低于9 nm的波长。
2018-01-23 physics.acc-ph
The Undulator Radiation Collider: An Energy Efficient Design For A $\sqrt{s}=10^{15}$ GeV Collider
我们讨论了影响加速器设计的主要因素，目的是在大统一体尺度上研究物理学。最重要的限制原来是所使用的能量和所花费的时间来积累足够的光度。我们提出了一个光子对撞机的设计，其中的光子产生的波荡器辐射从高能量μ子束。与pp对撞机相比，这将能量需求降低了$10^7$以上。大部分的能量使用的减少是通过使用周期性的磁场，并通过空间分裂μ子波函数以减少光子束发散来实现的;这些防止了碰撞点处的二级反应的级联。拟议中的对撞机将由围绕太阳建造的戴森群（部分）提供动力，有效利用能源对于减少达到所需碰撞次数所需的时间至关重要。我们还讨论了为什么中微子对撞机的效率会低得多。
2021-04-26 hep-ex 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
Updated status of the undulator-based ILC positron source
国际直线对撞机（ILC）正电子源的设计仍在讨论中。基线设计计划在正电子进入IP之前使用高能电子束进行正电子生产。电子通过长螺旋波荡器并产生强烈的圆偏振光子束，该光子束撞击薄转换靶以产生$e^+e^-$对。由此产生的正电子束是纵向偏振的，这为ILC的精确物理分析提供了重要的好处。本文介绍了正电子靶设计的研究现状。焦点是质心能量为250 GeV的正电子产额，也是Z峰。讨论了改进正电子收集系统以提高正电子产额的可能性。
2020-02-23 physics.acc-ph
Positron Source Simulations for ILC 1 TeV Upgrade
本文模拟了周期为4.3cm的超导螺旋波荡器和500GeV电子驱动束源产生和俘获极化正电子的过程。正电子极化已经计算了不同的波荡器K值（K = 2.5）。在不使用光子准直器的情况下，当K = 0.7时，对于231米的波荡器有效磁体长度，正电子的最大极化率约为25%。使用K = 2.5的波荡器和孔径半径为0.9mm的准直器，正电子极化增加到54%。估算了强流光子束在旋转钛合金靶中引起的能量沉积、温升和应力。对于具有光子准直的源，靶中的最大热应力约为224 MPa，以实现54%的正电子极化。
2013-01-08 physics.acc-ph
Ultra-bright Coherent Undulator Radiation Driven by Dielectric Laser Accelerator
介质激光加速器，工作在光学频率和GHz的脉冲速率，预计产生阿秒电子束团与一个中等的束流在高能量。对于相对论电子，阿秒束团的空间长度为几纳米，非常适合在真空紫外、极紫外和X射线光谱中产生高亮度的超辐射。研究表明，在0.1 ~ 3 keV光子能量范围内，即使介质激光加速器的束流功率比同步加速器的束流功率低100万倍左右，由束流电荷数为1~10 fC的短束流驱动的相干波荡器辐射的亮度也与同步加速器相当或更高。当比较下的亮度被归一化为电子束功率时，所提出的相干波荡器辐射源成为地球上跨越整个VUV、EUV和软X射线光谱的最亮的源。
2022-08-08 physics.acc-ph physics.optics
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
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
Comment on `Radiation from multi-GeV electrons and positrons in periodically bent silicon crystal'
具有小振幅和短周期的晶体波荡器中的电子和正电子通道的模拟（A Kostyuk，Phys.Rev.Lett. 110（2013）115503）由V G Bezchastnov、A V Korol和A V Solov'yov（J. Phys. B：At.摩尔47（2014）195401），但是使用另一计算机代码MBN Explorer，其实现晶体原子的射弹散射的不同模型。后一篇论文的作者声称，他们的方法，与前一篇论文的方法相反，允许他们在模拟轨迹图中观察短周期波荡器振荡。事实上，波荡器振荡在具有小振幅的沟道振荡的轨迹段上变得可见。这对两种方法都是同样正确的。Bezchastnov等人声称他们的模型“更准确”是没有根据的。此外，在他们的计算中有严重错误的迹象：MBN探测器获得的轨迹中的波荡器振荡的相位彼此不一致，并且与强迫振荡的良好特性不一致。
2019-10-27 physics.acc-ph physics.atom-ph physics.comp-ph
Electron channeling experiments with bent silicon single crystals -- a reanalysis based on a modified Fokker-Planck equation
在60 $μ$ m厚、弯曲半径为0.15 m的硅单晶中，在超相对论电子的（111）沟道处观察到一个令人惊讶的小的去沟道长度。实验在3.35和14 GeV之间的束流能量在先进加速器实验测试设施（FACET在SLAC，美国）进行。本文指出，在平面晶体中引入晶体弯曲后，用修正的Fokker-Planck方程可以很好地再现小的退相干长度。受这一结果的鼓舞，人们重新考虑了在美因茨微电子MAMI进行的（110）硅波荡器晶体的实验。用修正的Fokker-Planck方程得到的结果表明，所观察到的相当低的波荡器峰值强度源自于在波荡器的弯曲部分中电子的退相干长度的强烈减小。基于修正的Fokker-Planck方程导出的标度律揭示了电子基波荡器作为$X$ -和$γ$ -射线区域中可能的辐射源的优化参数。
2020-04-11 physics.acc-ph
Chamber Surface Roughness and Electron Cloud for the Advanced Photon Source Superconducting Undulator
电子云是为美国阿贡国家实验室的7-GeV电子同步辐射源--先进光子源（APS）设计的超导波荡器（SCU）中的一个可能的热源。在电子云产生中，为了理解次级电子成分，已经进行了广泛的研究，并且正在继续。然而，很少有工作已经做，以了解在加速器环境中的光电发射参数。为了更好地理解APS中的初级电子产生;使用澳大利亚光源同步加速器的光束线来表征Al APS真空室的两个样品。测量了样品的总光电子产额和光电子能谱。改变了四个参数：表面粗糙度，样品温度，入射光子能量，和入射光子角度，与他们的结果在这里。
2013-07-19 physics.acc-ph physics.ins-det
High-Intense Gamma-Ray Emission from a Crystalline Undulator with Realistic Bending Profiles
University of Ferrara（费拉拉大学）；INFN, Ferrara Section（意大利国家核物理研究所费拉拉分部）；Sapienza University of Rome（罗马第一大学）
本研究通过数值模拟验证了基于Si(110)晶体的晶体摆动器在1.6-2.1 MeV范围产生高强度伽马射线，峰值亮度达5×10^22，优于逆康普顿源，为紧凑型MeV光源提供新方案。
2026-09-15 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
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
Narrowband gamma-ray radiation generation by acoustically driven crystalline undulators
本文提出了一种利用压电换能器周期性调制硅单晶的声学晶体波荡器方案，通过超相对论正电子束在弯曲晶格中产生可调谐的窄带MeV级伽马射线辐射，模拟验证了其可行性。
2024-10-15 cond-mat.mtrl-sci 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
Simulation of the electron coherent radiation process in a crystalline undulator
当高能电子在晶体中沿一个晶面运动时，可能出现平面沟道现象，即粒子在由晶面的连续电势形成的沟道中运动。这种粒子在晶体中的运动对大多数粒子来说是守恒的，甚至对原子晶面的弱弯曲也是如此。在文献[1-3]中，考虑了在这种器件中沟道电子辐射的过程。结果表明，在这种情况下，晶体中的粒子的辐射光谱包含与通道中的通道粒子的振荡周期和晶面弯曲周期相关的最大值。在文献[4]中，考虑了具有大的晶面弯曲幅度的晶体波荡器中的辐射过程。在这种情况下，穿过晶面的粒子的轨迹接近于直线。这使得在一级近似下考虑粒子与晶场相互作用中的辐射过程成为可能。该文件论证了在辐射中显示相干和干涉效应导致高辐射强度的可能性。考虑到粒子散射中的非相干效应，导致粒子从亚势垒到势垒以上态的相互跃迁，反之亦然。对这种情况下的辐射过程进行分析，可以采用数值模拟的方法进行。本文是在文献[5]中提出的直接晶体辐射过程模拟方法的基础上发展起来的。本文给出了在不同的平面弯曲振幅下，晶体波荡器中1和10 GeV电子辐射的模拟结果。计算在辐射理论的偶极近似下进行，并考虑了辐射中的反冲效应。
2017-11-28 physics.acc-ph
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
An inverse free electron laser acceleration-driven Compton scattering X-ray source
X射线和γ射线的产生是基于自由电子的同步辐射，这些电子在磁体阵列（如波荡器）中发射，形成了现代X射线科学的基础。这种方法的缺点是需要非常高的能量，高达多GeV尺度的电子束，以获得所需的光子能量。由于传统粒子加速器中加速梯度的限制，达到高能量通常需要使用长度超过100米的仪器。然而，基于非常高的场加速度和非常短的周期波动器的紧凑的、成本较低的单色X射线源可以通过使它们在成本和尺寸上可获得而彻底改变从新颖的X射线治疗技术到敏感材料的主动询问的各种先进的X射线应用。这种紧凑性可以通过全光学方法获得，该方法采用基于逆自由电子激光（IFEL）的激光驱动的高梯度加速器，随后是用于逆康普顿散射（ICS）的碰撞点，这是一种使用激光来提供波荡器场的方案。我们提出了这种方法的实验原理证明，其中TW级CO2激光脉冲被分成两部分，一半用于通过IFEL相互作用将高质量电子束加速到84 MeV，另一半用作电磁波荡器，通过ICS产生高达13 keV的X射线。这些结果表明，该方案的可行性，它可以与其他技术，如激光再循环，以产生非常紧凑，高亮度的光子源，从千电子伏到兆电子伏的规模延伸。此外，IFEL加速与ICS相互作用的使用产生非常高强度的X射线脉冲的训练，从而也允许在前沿泵浦探测实验场景中相位锁定到激光脉冲的独特工具。
2017-11-02 physics.acc-ph
Optimization of a dedicated bio-imaging beamline at the European X-ray FEL
最近，我们提出了一个基本概念的设计和布局的波荡器源的专用生物成像光束线在欧洲XFEL。这里提出的优化方案的目标是使实验简化和性能提高。该方案的核心是由软、硬X射线自注入装置组成。基于对两个单色器的改进设计的使用，可以在2 keV和13 keV之间的光子能量范围内将设计电子能量增加到17.5 GeV，这对于生命科学实验是最优选的。在如此高的电子能量下操作的优点是X射线输出峰值功率的增加。另一个优点是17.5 GeV是SASE 1和SASE 2束线用户的首选操作能量。由于必须以相同的电子能量运行所有的XFEL线，因此这种选择将减少与其他波荡器线的干扰，并增加预定束时间的总量。在这项工作中，我们还提出了一个研究的自播种计划占时空耦合所造成的使用单晶单色器的性能。我们的分析表明，这种失真是很容易抑制的正确选择的金刚石晶面和拟议的波荡器源产生的性能大约相同的情况下，X射线种子脉冲没有耦合。模拟结果表明，在3 keV - 5 keV光子能量范围内，自由电子激光的功率可达2 TW，这对于单生物分子成像是最理想的。
2012-09-26 physics.acc-ph
Attosecond Compression of Relativistic Electron Pulses via Continuous Harmonic Undulator Resonance
Institute of Advanced Light Source Facilities, Shenzhen（深圳先进光源设施研究所）；School of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学电气与电子工程学院）；State Key Laboratory of Chemical Reaction Dynamics, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院大连化学物理研究所化学反应动力学国家重点实验室）
提出一种广义谐波激光-电子相互作用机制，利用单周期波荡器中的非整数谐波调制实现阿秒压缩，同时保持束流质量和定时稳定性，为阿秒MeV UED提供可行途径。
2026-05-29 physics.acc-ph
The influence of the dechanneling process on the photon emission by an ultra-relativistc positron channeling in a periodically bent crystal
我们调查，分析和数值计算，退散过程的影响，产生的超相对论正电子沿晶面，这是周期性弯曲通道的波荡器辐射的参数。弯曲可能是由于横向声波通过晶体的传播，或者由于超晶格中发生的静态应变。在任何一种情况下，周期性弯曲的晶体用作允许产生X射线和伽马辐射的波荡器。我们提出的计划，准确的定量治疗的辐射存在的dechanadine。该方案包括（i）以退散长度为参数的谱角分布的解析表达式，（ii）正电子在周期性弯曲晶体中退散过程的模拟过程。利用这些，我们计算了5 GeV正电子沟道在Si，Ge和W晶体中的去沟道长度，以及波荡器在宽范围内的光子的光谱角和光谱分布。计算进行了各种参数的通道弯曲。
2001-09-18 physics.acc-ph
Flexible multi-bunch-length operation for continuous-wave x-ray free-electron lasers
本文提出在束团压缩器中采用偶极子-冲击器组合，实现连续波XFEL设施中逐束团灵活调节电子束团长度，并通过上海高重频XFEL参数的端到端模拟验证了其在不同波荡器线路上同时支持自放大自发辐射与外种子型FEL运行的可行性。
2024-04-30 physics.acc-ph
On-chip high energy photon radiation source based on microwave-dielectric undulator
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）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
本研究提出一种基于微波-介质波荡器的新型片上高能光子辐射源，利用微波与介质纳米柱阵列作用产生的近场驱动相对论电子振荡以辐射高能光子，相比激光-介质波荡器更不易受损。
2024-06-29 physics.acc-ph physics.optics
Electron and photon diagnostics for plasma acceleration based FELs
激光等离子体加速（LPA）技术是束流加速领域的一个创新和良好的候选者。相对论性光束确实产生了几个GeV，但其质量仍有待证明，在高要求的情况下，自由电子激光（FEL）。几个实验已经表明了基于LPA的同步辐射传输的可行性，但是自由电子激光仍然有待实现。由于波荡器内的LPA光束的质量是关键问题，因此任何基于LPA的FEL实验都需要沿传输线和波荡器出口处的光子束的光束特性的精细表征。这种表征依赖于必须适应LPA特异性的诊断。我们将审查电子和光子诊断已经使用的LPA和LPA为基础的自由电子激光器所需的，并说明使用最近的实验在世界各地进行的临界点。
2017-06-15 physics.acc-ph
$2\times250$ GeV CLIC $γγ$ Collider Based on its Drive Beam FEL
CLIC是一个线性$e^+e^-$（$γγ$）对撞机项目，它使用驱动光束来加速主光束。驱动梁通过能量提取RF结构为主直线加速器的每个对应单元提供RF功率。CLIC具有从150 GeV到3 TeV的广泛质心能量选择。本文对单束团CLIC驱动自由电子激光器进行了优化设计，以实现$E_{cm}$ = 0.5TeV的$γγ$对撞机的偏振光放大和亮度谱。在康普顿背散射过程中，在转换点（CP-电子与正电子相互作用点之前），放大后的激光被转换为偏振的高能$γ$光束。在CP处，强大的激光脉冲（FEL）聚焦到主直线加速器电子（正电子）。文中介绍了该方案，并指出CLIC驱动束参数满足自由电子激光的要求，另外还确定了基本的波荡器参数。可调$γγ$光度高于$10^{34}$。
2007-04-19 physics.acc-ph
Plasma Lenses: Possible alternative OMD at the ILC
在国际直线对撞机（ILC）的基线设计中，为了满足物理要求，正电子源预计采用基于波荡器的源。最近选择的第一个能量阶段与sqrt（s）=250 GeV需要高光度，并施加了努力，所有的正电子源设计在高能对撞机。在本文中，我们进行了模拟研究，并采用等离子体透镜的新技术来捕获波荡器光子产生的正电子，并创建所需的高亮度正电子束。
2020-03-10 hep-ph physics.acc-ph
Robustness of a plasma acceleration based Free Electron Laser
激光等离子体加速器（LPA）可以维持GeV/m的加速场，为紧凑型应用提供了出色的新可能性。尽管最近取得了令人印象深刻的进展，但LPA光束质量仍然明显低于传统的射频加速器，这在要求苛刻的应用（如自由电子激光（FEL））的情况下是一个问题。如果电子束持续时间低于几十飞秒，保持pC电荷，则mrad能级发散和百分之几的能量扩展是特别有限的。提出了几种传输线的概念，以减轻这些固有特性的目标波荡器辐射应用。本文研究了在专用传输线上实现200 nm自由电子激光放大的色匹配策略的鲁棒性，并分析了色匹配策略对几个参数的敏感性。我们不仅考虑了LPA源可能的抖动，而且还考虑了设备的各种实际缺陷，如磁性元件错位或聚焦强度误差，不完美的波荡器场等。
2018-06-28 physics.acc-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
Bright 5 - 85 MeV Compton gamma-ray pulses from GeV laser-plasma accelerator and plasma mirror
我们在GeV激光等离子体电子加速器出口处插入一个$100 μ$ m厚的玻璃板$\sim3$ cm，将其转换为紧凑的飞秒脉冲$γ$射线源。这种玻璃等离子体镜具有近乎统一的可靠性，并且只需要粗略的对准，（光子能量$\hbarω_L = 1.17$ eV），$>50\%$效率返回到拖尾电子上（峰值洛伦兹因子$1000 < γ_e < 4400$），产生产生具有亚毫拉德发散的$\sim10^8 γ$射线光子的光学波荡器，估计的峰值亮度$\sim10^{21}$光子/s/mm $^2$ /mrad $^2$ / $0.1\%$带宽和可忽略的韧致辐射背景。$γ$射线的光子能量$E_γ= 4γ_e^2 \hbarω_L$，从每次发射测得的$γ_e$推断，峰值从5到85 MeV，跨越了一个范围，否则只能从大型GeV直线加速器的高强度$γ$射线源获得可比的亮度。
2017-05-24 physics.acc-ph
A new technique to generate 100 GW-level attosecond X-ray pulses from the X-ray SASE FELs
本文提出了一种利用钛宝石激光系统的几个周期光脉冲在X射线自由电子激光中产生100 GW 300-As单脉冲的方案。飞秒光脉冲在波长为800 nm的双周期波荡器中与电子束相互作用，在电子束团的一个切片内产生能量调制。在能量调制器之后，电子束进入基线间隙可调的X射线波荡器的第一部分，并产生具有100 MW级功率的SASE辐射。由于能量调制，频率与SASE辐射脉冲的几个周期驱动切片内的纵向位置相关。最大的频率偏移对应于在时域中的单尖峰脉冲，其被限制在中心峰值电子能量附近的一个半振荡周期。在第一波荡器之后，电子束被引导通过磁延迟，我们使用该磁延迟来将具有最大频率偏移的X射线尖峰定位在电子聚束的“新鲜”部分。在弯道之后，电子束和在第一波荡器中产生的辐射进入与偏移频率谐振的第二波荡器。在第二波荡器中，参考频率处的种子辐射不起作用，并且仅单个（持续时间为300）尖峰快速增长。波荡器的最后部分是锥形部分，允许在0.15 nm波长范围内实现100-150 GW的最大输出功率。阿秒X射线脉冲与飞秒光脉冲的自然同步，为亚飞秒泵浦探测实验提供了独特的前景。
2004-03-11 physics.acc-ph physics.optics
Terawatt-scale sub-10-fs laser technology - key to generation of GW-level attosecond pulses in X-ray free electron laser
提出了一种利用X射线SASE自由电子激光与飞秒激光系统相结合产生阿秒X射线脉冲的技术。一个几个周期的光脉冲从钛：蓝宝石激光器与电子束在两个周期的波荡器谐振到800 nm波长的相互作用，并产生能量调制内的一片电子束。在能量调制器之后，电子束进入X射线波荡器并产生SASE辐射。由于能量调制，频率与SASE辐射脉冲的几个周期驱动切片内的纵向位置相关。最大的频率偏移对应于在时域中的单尖峰脉冲，其被限制在中心峰值电子能量附近的一个半振荡周期。通过在X射线波荡器之后使用晶体单色器来实现单尖峰脉冲的选择。我们的研究表明，所提出的技术是能够产生300阿秒长的单脉冲与GW级的输出功率在0.1 nm的波长范围内，并适用于欧洲X射线激光计划XFEL和直线加速器相干光源在SLAC。
2004-01-27 physics.acc-ph
Transverse Gradient Undulator in a Storage Ring X-ray Free Electron Laser Oscillator
现代电子储存环通过自发同步辐射产生明亮的X射线，这对各种科学应用都很有用。X射线自由电子激光振荡器（XFELO）具有放大该输出的潜力，无论是在峰值功率还是光子相干性方面。然而，即使是目前的第四代储存环（4GSR）也缺乏必要的电子束亮度来驱动XFELO，这是由于其电子能量扩散。横向梯度波荡器（TGU）可以克服这个问题，从而提供了一个实用的手段耦合到XFELO的4GSR。在这项研究中，我们首先检查TGU相互作用的理论基础，推导出三维TGU增益公式在低增益近似。然后，我们进行优化研究的增益公式，以确定最佳的光束和机器参数。最后，我们构建了一个假设的存储环TGU-XFELO的基础上接近最佳的参数和报告，其预计的性能，使用多级数值模拟。我们还讨论了潜在的实施挑战与环自由电子激光耦合。
2023-02-14 physics.acc-ph physics.app-ph physics.comp-ph
Tapering Enhanced Stimulated Superradiant Oscillator
本文提出了一种基于锥形增强受激超辐射放大（TESSA）方案的高功率、高效率自由电子激光振荡器。TESSA方案的主要特征是高强度种子脉冲，其提供高梯度束减速和有效的能量提取。在振荡器配置中，TESSA波荡器由高重复率电子束驱动并嵌入在光学腔中。一个分束器被用来耦合出一部分放大的功率，并将剩余的功率作为下一个电子束脉冲的强烈种子进行再循环。振荡器腔中的反射镜将种子重新聚焦在波荡器入口处并使辐射单色化。在本文中，我们讨论了一个技术相关的例子，在1 $μ$ m使用1~MHz的重复率电子直线加速器启动与外部注入点火脉冲系统的优化。
2017-10-03 physics.acc-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
Extreme Ultraviolet (EUV) Sources for Lithography based on Synchrotron Radiation
这里提出的研究是由一个讨论，以调查使用同步辐射作为下一代光刻（NGL）的EUV概念（极紫外线，这里分别为13.5 nm或11.3 nm的辐射源）的可能性。要求是：50 W，2%带宽和此带宽外的最小功率。研究了三种选择。前两个处理的辐射从弯曲磁铁和波动。结果证实了牛津仪器和其他人的早期工作，即这些光源缺乏带内功率，同时发出过量的带外辐射。第三种方法是由500 MeV的直线加速器驱动的自由电子激光器（自由电子激光），其辐射发射装置为超导微型波荡器。这种设备将产生超过50 W的带内EUV功率，而带外功率可忽略不计。
2001-03-19 physics.acc-ph
Investigation on radiation generated by Sub-GeV electrons in ultrashort Si and Ge bent crystals
我们报告的测量光谱的γ辐射产生的855兆电子在弯曲的硅和锗晶体在MAMI（MAinzer MIkrotron）。晶体沿光束方向的厚度为15 μm，以保证高的偏转效率。它们的（111）晶面通过压电致动的机械保持器弯曲，这允许远程改变晶体曲率。以这样的方式，它是可能的调查下发射的辐射平面沟道和体积反射作为晶面的曲率的函数。我们表明，使用体积反射，可以产生强烈的伽马辐射与可比的强度，但更高的角度接受比沟道。我们研究了在不同的晶体曲率值的辐射强度和角度接受之间的权衡。首次在弯曲锗晶体中进行了辐射光谱的测量。特别地，由于更高的原子序数，Ge晶体中的辐射强度高于Si晶体中的辐射强度，这对于基于更高Z变形晶体的X射线和伽马辐射源（诸如晶体波荡器）的开发是重要的。
2020-11-28 physics.acc-ph
Electron beam transfer line design for plasma driven Free Electron Lasers
等离子体驱动粒子加速器代表了紧凑型加速机器的未来，自由电子激光将从这些新技术中受益。这种新方法的自由电子激光机的主要问题之一是设计所需的传输线匹配的电子束与磁波荡器。尽管降低等离子体束的色度是主要目标之一，但这条线的目标是即使在具有相当大的色度值的光束的情况下也是有效的。这里解释的方法基于代码GIOTTO [1]，该代码使用自制的遗传算法工作，并且能够直接使用完整的3D跟踪代码找到最佳匹配线布局。
2018-03-01 physics.acc-ph
Beam Dynamics in Dielectric Laser Acceleration
讨论了介质激光加速（DLA）中束流动力学的最新发展和挑战，包括高能和低能电子束。从超低发射率纳米尖源开始，本文遵循一个试探性的DLA光源概念的光束路径。在交替相位聚焦（APF）和空间谐波有质动力聚焦的框架下，讨论了与聚焦相伴的加速度。最后，本文展望了基于倾斜DLA光栅结构的激光驱动纳米光子波荡器的光束动力学。
2022-01-24 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
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
ILC Reference Design Report Volume 3 - Accelerator
国际直线对撞机（英语：International Linear Collider，ILC）是一个200-500 GeV的高亮度线性电子-正电子对撞机，基于1.3 GHz超导射频（SCRF）加速腔。ILC的总覆盖面积约为31 km，设计的峰值亮度为2 x 10^34 cm^-2 s^-1。该综合体包括一个极化电子源，一个基于波荡器的正电子源，两个6.7公里周长的阻尼环，两级聚束压缩器，两个11公里长的主直线加速器和一个4.5公里长的束流传输系统。本报告是四卷参考设计报告的第三卷（加速器），描述了ILC的设计和成本。
2007-12-14 physics.acc-ph
Multi-beam-energy control unit based on triple bend achromats
本文提出一种基于四个三弯消色散结构的新型电子束延迟系统，用于连续波X射线自由电子激光的多束能量运行，端到端模拟证明其在宽能量调节范围下能实现更优的电子束品质。
2025-01-31 physics.acc-ph
SASE X-ray Free-Electron Laser driven by Resonant Multi-Pulse Ionization acceleration scheme
本文研究共振多脉冲电离加速方案驱动的自由电子激光，通过匹配聚焦传输电子束，并利用高性能计算模拟证明可获得约10^{10}个0.15 nm波长的X射线光子。
2025-09-20 physics.acc-ph
Extremely brilliant crystal-based light sources
基于沟道过程的原子尺度数值模拟，计算了通过超相对论带电粒子束照射定向晶体而构建的新型γ射线晶体基光源（CLS）的亮度。在一个典型的案例研究中，计算了目前在SLAC设施可用的10 GeV正电子束在金刚石基晶体波动器LS中发射的辐射的亮度。在10^0 - 10^1 MeV的光子能量范围内，CU辐射的强度大大超过了激光-康普顿散射LS的强度，并且可能高于伽马工厂向CERN提出的建议中的预测，这是传统同步加速器、波动器和XFEL无法达到的。新型CLS的构建是一项具有挑战性的任务，它构成了一个高度跨学科的领域，涉及广泛的相关活动。CLS为传统LS提供了一种低成本的替代方案，并具有许多应用。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.atom-ph
Multi-beam-energy operation for the continuous-wave x-ray free electron laser
宽谱段多波荡器线的并联运行是提高X射线自由电子激光（XFEL）装置效率的重要途径，特别是对于高重复率的XFEL装置。本文提出了一种基于四个双弯消色差透镜的延迟系统，用以延迟电子束，从而改变延迟电子束在系统后面加速结构中的到达时间。与冲击器相结合，该延迟系统可用于连续波XFEL装置中产生团间能量变化的电子束。基于上海高重复率XFEL和极轻装置参数的开始到结束的模拟表明，延迟系统可以灵活地控制电子束能量从1.48到8.74 GeV在直线加速器的末端。
2019-07-22 physics.acc-ph
FEL performance and tolerance studies of the EuPRAXIA@SPARC_LAB beamline AQUA
该研究针对 EuPRAXIA@SPARC_LAB 的 AQUA 光束线（水窗波段 SASE FEL），分析了电阻壁尾场与注入错位对激光产额的影响，并评估其容差。
2025-08-07 physics.acc-ph physics.optics
