Time Dependence of the Intensity of Diffracted Radiation Produced by a Relativistic Particle Passing through a Natural or Photonic Crystal
本文导出了描述相对论粒子在晶体中运动时产生的辐射随时间演化的公式。它示出的条件下，参数（准切伦科夫）辐射，过渡辐射，衍射辐射的振荡器，表面准切伦科夫和Smith-Purcell辐射持续时间大大长于粒子飞行通过晶体的时间是可实现的。实验结果表明，在电子束离开光子晶体后，会出现附加的辐射峰。
2011-01-21 physics.acc-ph physics.optics
SLAC Linac RF Performance for LCLS
SLAC的直线加速器相干光源（LCLS）项目使用密集的15 GeV电子束通过长波荡器产生1.5埃的极亮X射线。该项目需要标称峰值电流为3.5kA的电子束团，束团长度为0.020mm（70fs）。用于实现高亮度的聚束压缩技术对加速器RF相位和幅度施加了具有挑战性的容限。对现有SLAC直线加速器RF相位和幅度稳定性的测量结果进行了总结，并讨论了满足LCLS公差所需的改进。
2000-08-19 physics.acc-ph
Direct observation of spatio-temporal dynamics of short electron bunches in storage rings
在最近的同步辐射装置中，使用短（皮秒）电子聚束是产生太赫兹相干同步辐射（THz CSR）巨脉冲的有效方法。在这里，我们报告的第一次直接观察这些脉冲形状与几皮秒的分辨率，他们的动态在很长一段时间。因此，我们以非常直接的方式证实了预测两个物理过程之间相互作用的理论。在一个临界聚束电荷下，我们观察到一个训练相同的太赫兹脉冲（宽带太赫兹梳）源于电子聚束的短。在这个阈值以上，很大一部分的发射是由漂移结构，这是通过自发自组织出现。通过使用最近开发的具有高灵敏度的光子时间拉伸探测器，这些具有挑战性的单次太赫兹记录成为可能。实验已在SOLEIL储存环上实现。
2016-07-27 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
Calculation of the Cherenkov fields in the cross-section of a short relativistic bunch
最近，提出了一种计算作用在点状电子束团上的切伦科夫场的新方法，该方法通过考虑一般积分关系得到了切伦科夫场的形式，该积分关系允许计算点状电子束团附近的场。结果表明，相对论短聚束点处的切伦科夫场与波导系统的材料无关，对于任意给定的波导横截面尺寸和截面形状，切伦科夫场是一个常数。本文利用保角变换的方法，严格推导了束团截面上的场公式。我们通过导出束团截面上的二维格林函数，将前一篇文章的结果推广到横向分布的束团的情况。附录中给出了计算结果的比较，证明了该方法的有效性。
2015-07-14 physics.acc-ph physics.class-ph
Measurements of wake-induced electron beam deflection in a dechirper at the Linac Coherent Light Source
RadiaBeam/SLAC去调频器是一种由成对的金属波纹平板组成的结构，它是一种平面几何形状的波纹结构，已安装在直线加速器相干光源（LCLS）中波动器的上游。作为一种去啁啾器，当光束在轴上通过两个平板之间时，产生纵向尾波场，可以消除光束中不需要的能量啁啾。然而，随着束流离轴，也诱导出强烈的横向尾迹。这种操作模式已经被用于使用新鲜切片技术产生强烈的多色光子束，并且正在被用于开发阿秒束团长度测量的诊断。在这里，我们测量，作为偏移量的函数，在两个板之间激发的横向尾场的强度，以及光束通过靠近单个板的情况。我们比较了文献中的解析公式，并发现很好的协议。本文首次系统地测量了X射线自由电子激光中短脉冲高能量束流激发的去斜器的横向尾流强度。
2017-08-02 physics.acc-ph
Three-Dimensional Analysis of Wakefields Generated by Flat Electron Beams in Planar Dielectric-Loaded Structures
穿过电介质内衬波导的电子聚束产生$\check{C}$ erenkov辐射，该辐射可导致适于加速后续聚束的高峰值轴向电场。在亚毫米尺寸的结构中，取决于合适的电子聚束参数的实现，可以获得超过千兆伏每米的轴向场。一个有前途的配置包括使用平面电介质结构驱动的平面电子聚束。本文对平面介质结构中平板电子束产生的尾流场进行了三维分析，从而推广了文献[A]的工作。Tremaine，J. Rosenzweig，and P. Schoessow，Phys. Rev. E 56，No. 6，7204（1997）]。我们特别提供了封闭形式的表达式的正常频率和场振幅的激发模式和基准这些分析结果与有限差分时域粒子在细胞的数值模拟。最后，我们实现了一个半解析算法到一个流行的粒子跟踪程序，从而使开始到结束的高保真度建模的直线加速器的基础上介质内衬平面波导。
2012-04-30 physics.acc-ph
Time-domain and Frequency-domain Signals and their Analysis
本文介绍时域与频域信号的定义和数学背景，并将其应用于加速器测量，涵盖单束团、周期单束团及多束团通过场景。
2024-02-08 physics.acc-ph physics.ins-det
Numerical study on femtosecond electro-optical spatial decoding of transition radiation from laser wakefield accelerated electron bunches
本研究针对激光尾场加速电子束的渡越辐射电光空间解码开展数值模拟，对比详细与简化模型的渡越辐射成像及电光信号生成过程，验证了简化模型的精度与一维模型的快速分析适用性，可助力三维电子电荷密度测量。
2023-08-23 physics.acc-ph
Spontaneous and Induced Radiation by Relativistic Particles in Natural and Photonic Crystals. Crystal X-ray Lasers and Volume Free Electron Lasers (VFEL)
综述了相对论粒子通过天然晶体和光子晶体产生自发辐射和感应辐射的机制。介绍了基于自然晶体和光子晶体中自发辐射的体自由电子激光的理论。
2011-01-04 physics.acc-ph physics.optics
A Method for Ultrashort Electron Pulse Shape-Measurement Using Coherent Synchrotron Radiation
本文讨论了X射线自由电子激光（XFEL）亚皮秒电子束团纵向轮廓的无损测量方法。该方法是基于检测的相干同步辐射（CSR）光谱产生的束流通过一个偶极磁铁系统。这项工作也包含了一个系统的治疗同步辐射理论的基础上的CSR。同步辐射的标准理论使用了几个近似，其适用性限制往往被遗忘：在这里，我们提出了一个系统的讨论这些假设。然后导出并讨论了沿圆弧运动的电子的相干同步辐射的性质。我们还描述了一种有效的和实用的诊断技术的基础上利用电磁波荡器记录到中心锥的相干辐射脉冲的能量。该测量必须用不同的波荡器谐振频率重复多次，以便重建聚束形状因子的模量。从这些数据中的聚束轮廓函数的检索是通过反卷积技术进行的：对于目前的工作，我们利用一个约束反卷积方法。我们用数值例子说明了所提出的方法在TESLA试验设施（TTF）加速器的电子束诊断的潜力。在这里，我们选择，强调，实验旨在测量的强烈非高斯电子束团的轮廓在TTF飞秒模式操作。我们证明了皮秒条纹相机和CSR光谱仪的串联组合可以用于从具有窄的前导峰和长尾的电子聚束中提取形状信息。
2003-03-27 physics.acc-ph
Pickup concepts for ultra-low charged short bunches in X-Ray Free-Electron Lasers
用于各种X射线自由电子激光（XFEL）（例如欧洲XFEL）的全光学同步系统观察在束到达时间间隔（BAM）中耦合到一个或多个拾取器中的通过电子束团的瞬态场。然后在Mach-Zehnder型电光调制器中将提取的信号幅度调制在参考激光脉冲上。随着对未来超短脉冲自由电子激光实验的需求，即使是1 pC束团的同步系统也需要fs精度。由于BAM的灵敏度特别取决于双极信号在零交叉处的斜率，因此也取决于聚束电荷，因此以通过优化的几何形状和带宽显著增加为目的的重新设计是不可避免的。在这方面的贡献的理论基础的拾取信号的聚合和治疗的重点是超短束，以及一般的配方。一个可能的新皮卡概念进行了模拟，其性能相比，以前的概念。实验结果表明，该器件的斜率和电压都有明显的改善，这主要是通过减小到电子束的距离和提高带宽来实现的。
2021-02-02 physics.acc-ph physics.ins-det
Femtosecond relativistic electron beam with reduced timing jitter from THz-driven beam compression
我们提出并证明了一种新的方法来减少脉冲宽度和时间抖动的相对论电子束通过太赫兹驱动的光束压缩。在该方法中，相对论电子束的纵向相空间由电介质管中的线偏振太赫兹脉冲操纵，使得聚束尾部具有比聚束头部更高的速度，这允许在通过漂移后同时减小脉冲宽度和定时抖动。在这个实验中，电子束被压缩了四倍以上，从130 fs到28 fs，到达时间抖动也从97 fs减少到36 fs，为使用脉冲电子束研究超快动力学开辟了新的机会。这种技术将众所周知的射频聚束器扩展到太赫兹频率，并可能对加速器和超快科学设施产生强烈影响，这些设施需要飞秒电子束与外部激光器紧密同步。
2019-06-17 physics.acc-ph
Photon Emission from Charged Particles Moving in Undulators Placed in a Photonic Crystal
研究了电子束通过波荡器作用下的光子晶体的光子辐射规律。结果表明，由于波荡器辐射与参量辐射（准切伦科夫辐射）之间的干涉，辐射强度随时间的变化呈现振荡特性。
2013-06-11 physics.acc-ph physics.optics
Impedances of Anisotropic Round and Rectangular Chambers
本文研究了电子束团通过在束流方向上具有平移对称性的圆形或矩形截面的各向异性横向非均匀真空室时产生的电磁场的计算。所描述的算法实现在一个数字代码和交叉检查的几个例子。
2018-05-29 physics.acc-ph physics.comp-ph
Self amplification of channeling radiation at Bragg diffraction conditions
相对论性电子穿过晶格的X射线辐射（在沟道辐射的情况下）需要能量从几十到几百MeV的电子，但有一个缺点：发射的X射线量子数量少。然而，如果电子聚束的电流密度足够高以启动自放大自发发射（SASE）过程，则这种源的亮度可能潜在地增加。本文用一阶微扰理论分析了轴向沟道现象发生的条件。描述了自发向SASE过渡的过程，考虑到晶体介质的周期性结构，确定了启动SASE过程对聚束电流参数的要求。满足布喇格衍射条件可以增强自放大。作为例子，给出了Si、Ge和C晶体中轴向沟道的数值结果。
2019-02-19 physics.acc-ph
Time duration of the parametric x-ray radiation
研究了相对论带电粒子通过晶体时产生的参量X射线辐射的时间演化。当辐射持续时间（t_{PXR} ~0.1 ns）比粒子穿过晶体的飞行时间t_p（t_p ~ 1 ps）长得多时，受到的关注最多。它表明，这样长的辐射持续时间使得详细的实验研究的复杂的时间结构的参数X射线脉冲，所产生的电子聚束，这是可与现代加速设施。
2011-06-10 physics.acc-ph
Terahertz control of relativistic electron beams for femtosecond bunching and laser-synchronized temporal locking
本文提出利用激光产生的多周期太赫兹脉冲驱动电子能量调制并结合磁压缩，实现高能电子束的飞秒级压缩与激光同步时间锁定，为自由电子激光和超快电子衍射等提供新途径。
2025-08-28 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
On the Covariance of the Charge Form Factor in the Transition Radiation Energy Spectrum of a Beam at Normal Incidence onto a Metallic Screen
一个电荷密度的协方差预计的N电子聚束的过渡辐射能谱的特点，只要电荷形状因子是打算占束密度效应的辐射发射。束流电荷从单个电子到高密度电子束团的跃迁过程中，跃迁辐射能量的协方差将从类电荷点协方差演化为类电荷密度协方差。除了协方差，辐射能谱预计符合时间因果关系原理：N个单电子振幅组成的辐射场预计从金属屏幕传播的相对发射相位因果相关的N粒子碰撞到金属屏幕上的时间序列。本文考虑N电子聚束以垂直入射角入射到任意形状和尺寸的金属平面上的情况。对于这样的实验情况，N电子纵坐标的分布函数将时间因果约束规则到跃迁辐射能谱中。跃迁辐射能谱的协方差特征处理N电子空间密度在横向平面中的投影相对于N电子束的运动方向的洛伦兹不变性。由于N个电子在洛伦兹变换下的横向密度相对于电子束运动方向的不变性，构成辐射场的N个单电子辐射振幅与N个电子横向坐标的分布函数呈协变关系，N个单电子辐射振幅的相对发射相位随电子束运动方向的变化而变化。（由于篇幅不足，部分摘要未填写）
2012-07-03 physics.acc-ph
Smith-Purcell radiation from a charge moving above a finite-length grating with rectangular profiles
Smith-Purcell辐射是由靠近衍射光栅的表面通过的带电粒子束产生的，该衍射光栅的发射辐射强度对光栅轮廓的形状具有很强的依赖性。对于相对论电子束，在实际的SPR装置中，考虑光栅周期数是很重要的。本文利用模式匹配方法，对平行于具有有限矩形槽的理想导电光栅作匀速运动的三维相对论电子束的Smith-Purcell辐射进行了理论研究。该模型为利用SPR相互作用产生太赫兹波和利用SPR无损测量束团长度提供了一种新的有效工具。
2020-04-12 physics.acc-ph physics.app-ph
Observing microscopic structures of a relativistic object using a time -stretch strategy
单电子在弯曲轨道上运动所产生的光（同步辐射）是最著名的基本辐射现象之一。然而，实验情况更为复杂，因为它们涉及许多电子，每个电子都暴露在相邻电子的辐射中。这种相互作用产生了戏剧性的后果，其中最引人注目的是电子束团内部自发形成的空间结构。这种基本效应被积极研究，因为它代表了电子加速器中最基本的限制之一，同时也是强太赫兹辐射（相干同步辐射，或CSR）的来源。在这里，我们证明了直接观察电子束微结构的亚皮秒分辨率的可能性，在存储环加速器。其原理是监测结构发射的太赫兹脉冲，使用光子学的策略，时间拉伸，包括在记录之前减慢现象。这为分析和掌握新一代高功率相干同步辐射光源开辟了前所未有的可能性。
2015-02-01 physics.acc-ph
Electron phase space control in photonic chip-based particle acceleration
粒子加速器是科学、医院和工业中必不可少的工具。然而，其成本和占地面积大，长度从几米到几公里不等，限制了其使用。最近展示的基于纳米光子学的带电粒子加速可以将这些加速器的成本和尺寸降低几个数量级。在这种方法中，精心设计的纳米结构以相位同步的方式将能量从激光传输到粒子，从而加速它们。然而，到目前为止，粒子束在结构中的限制超过扩展的距离一直是难以捉摸的;它需要复杂的控制电子束相空间，是强制性的，以最小的粒子损失加速粒子到MeV的范围和超越。在这里，我们展示了复杂的电子相空间控制在光学频率在225纳米窄通道的记录长的光子纳米结构。特别是，我们实验表明交替相位聚焦，粒子传播计划，在原则上，任意长的最小损耗运输。我们希望这项工作能够在光子芯片上产生MeV电子束，直接衍生为新形式的放射治疗和紧凑光源，以及其他形式的电子相空间控制，从而产生窄能量或zeptosecond束。
2021-07-07 physics.acc-ph physics.app-ph physics.optics
Shadowing of the electromagnetic field of a relativistic electron
在相干辐射源（衍射辐射、史密斯-珀塞尔效应等）中，基于经过材料辐射体的相对论电子，在辐射体的每个部分之后，在形成长度G2 L的数量级的距离上，电子自场被部分地遮蔽。研究了电子束团对相干衍射辐射的影响。吸收半平面屏幕被放置在不同的距离L之前的标准DR源（倾斜半平面镜）。当屏幕处于小L且与反射镜同侧时，DR强度降低。当屏幕在相对侧时，没有观察到减少。遮蔽效应可以显著地降低长辐射体中的总辐射能量。
2009-01-17 physics.acc-ph
"Shadowing" of the electromagnetic field of relativistic charged particles
在基于相对论性电子穿过或靠近不透明屏的辐射过程（例如跃迁辐射、衍射辐射等）中，电子自场在屏后在形成长度$γ^2λ$量级的距离上被部分遮蔽。研究了电子束团对相干衍射辐射的影响。吸收和导电半平面屏幕被放置在不同的距离L之前的标准DR源（倾斜半平面镜）。当屏幕处于小L且与反射镜同侧时，辐射强度降低。当屏幕在相对侧时，没有观察到减少。值得注意的是，吸收和导电半平面屏幕产生相同的阴影效果。阴影效应是造成史密斯-珀塞尔辐射强度受限制的原因。
2009-12-17 physics.acc-ph
Generation of circularly polarized photons for a linear collider polarized positron source
评述了为未来直线对撞机获得纵向极化正电子的各种方法。特别注意的方案，使用圆偏振的高能光子的正电子生产。最有效地，这样的光子从电子通过螺旋波荡器或与圆偏振激光波碰撞获得。详细讨论了电子螺旋运动时辐射的光谱和偏振。一个新的简单的介绍已知的公式是用来占的影响，波的强度，电子束的角发散，辐射的准直，和横向和时间分布的激光束上的辐射特性。
2004-09-15 hep-ph physics.acc-ph
Asymmetric Dual Axis Energy Recovery Linac for Ultra-High Flux sources of coherent X-ray/THz radiation: Investigations Towards its Ultimate Performance
为了使相干高亮度和强度的THz和X射线辐射源被大学或工业研发实验室接受，需要真正紧凑、高电流和高效的粒子加速器。对紧凑性和效率的需求可以通过超导RF能量回收直线加速器（SRF ERL）来满足，其允许有效地最小化占地面积并最大化系统的效率。然而，这样的设置受到再生射束中断（BBU）不稳定性的影响，这限制了射束电流并且可能终止射束传输以及能量回收。本文提出并讨论了一种加速腔和减速腔共振耦合的非对称结构的同步辐射场ERL。在这种类型的SRF ERL中，电子聚束通过加速和减速腔一次，正如我们在这种情况下所示，再生BBU不稳定性可以最小化，从而实现高电流。我们通过分析和数值模型研究了这种非对称ERL中的BBU启动电流，并讨论了这种系统的性质。
2016-07-07 physics.acc-ph
Space-frequency model of amplified spontaneous emission and super-radiance in free electron laser operating in the linear and non-linear regimes
本文提出了一个自由电子激光中电磁辐射激发的三维空间-频率模型。该方法应用于数值粒子程序WB 3D中，模拟了自由电子激光在线性和非线性机制下的相互作用。在频域中的电磁激励方程的解固有地考虑了由腔和增益介质引起的色散效应。此外，它便于考虑的统计特性的电子束和激发辐射，必要的研究自发发射，同步加速器放大的自发发射（SASE），超辐射和噪声。利用该程序研究了毫米波脉冲自由电子激光辐射的统计特性和光谱特性。研究了电子随机分布的高斯形聚束团通过摇摆器时所激发的辐射谱的演化。
2004-06-25 physics.acc-ph physics.plasm-ph
