自由电子激光器交叉通道腔的硬量子振荡

自由电子激光器交叉通道腔的硬量子振荡
自由电子激光器交叉通道腔的硬量子振荡提要提出并讨论丨由电子激光揆交文通道腔内太功率可调谐蜾辐射振荡的新方法e,y量子晕自由子激3器腔内辐射电¥逆膂顿散射时生卑使用交叉通道腔呀M著提高腔内辐射功率,从而提Ay辐射功率,并fi消除腔镜厚痦损耗,解决i辐射输出间题r7量右交叉通it腔,'自由电子激望;巧某些应用需要波长可调谐相干y和X量子源。这种量子源可用于固体物理、核物理研究工作和医学诊断(层析成像)和癌的照射,因为相干辐射易于聚焦,并且需要部分局部释能。

子在相对论性电子束上逆康普顿散射产生相干y和X辐射的可能性。当相对论因子yl时,产生自由电子激光波长为首次提出利用自由电子激光在电子束本身上的腔内逆康普顿散射产生频率可调谐y量子。此时得到的硬辐射不仅能在宽频率范围内调谐,而且是偏振的。y量子辐射波长满足以下推广公,假定电子束和激光束直径在散射处大约要相等(对应*佳散射)。在这种情况下,一个电子脉冲产生的量子数为到电子脉冲注入光学腔的频率/给定时硬量子产生的平均速率院西伯利亚分院核物理所(PWOCOPAH)研制的高功率自由电子激光器w'201,估计量子数和产生的平均速率,结果列于表1.比较两种装置的参数可得出硬量子产生的速率范围。

辐射是宽度约为3畔的宏脉冲序激光与光电各进展列,重复率10~30Hz.每个宏脉冲约由宽度lps、能量6的8500个微脉冲组成。自由电子激光器辐射预计将由宽度接近20ps、能量约lm、重复率达180MHz微脉冲序列组成。在两种情况下都认为相互作用区光斑面积为0.1cm2.在具体实验中电子束横截面S显然影响硬量子振荡效率。应该注意,使光束直径小于电子束直径是没有意义的。此外,决定光束直径的光学腔几何形状显著影响自由电子激光器工作效率,即影响腔内循环的脉冲激光功率W,因此,对具体实验需将参数S进一步*佳化。

电子回旋加速器装置上的平均硬量子产生速率〈cWy/d是辐射器按装置工作时间平均的*终工作(可利用的)特性。表1列出的直线加速器Mark-DI的平均硬量子产生速率是宏脉冲宽宽度b3哗平均的,因此,为得到*终可利用的特性d%/d>必须进行对宏脉冲注人频率D=10~30Hz的进一步平均diVy/d〈d〗Vy/选择注人频率30Hz,得到装置工作时间平均的平均稳产生为了比较列出前述实验的微脉冲的硬量子数和量子产生速率。该处微脉冲辐射400硬量子,比Mark-皿(dA)=0.75x1(H)大得多,但与电子回旋加速器装置数据((=83)可以相比。

宏脉冲期间的平均硬量子产生速率〈(Wy/diV(;VL2.5x1010S-1(~=16ns,微脉冲重复周期)。该值也可与电子回旋加速器装置数据(1.5xl(FS-1)相比,并显著超过Mark-DI的平均硬量子产当观察平均时间大大超过宏脉冲重复周期时,情况发生根本改变。电子回旋加速器装置的平均硬量子产生速率仍为1.5xl01QS-1,而对加速器Mark-HI和实验再次指出,实验中实际数据明显偏低是由于大功率激光辐射和康普顿硬辐射使镜面退化,及硬量子辐射在镜厚度上的吸收引起的。如本文所建议,使用交叉通道腔作光学腔消除了使硬量子产生速率降低的所有三种原因。

在大功率自由电子激光器中使用交叉通道腔,其特点是硬辐射的相对高强度和长寿命,可能制成用于解决基础和应用物理及*新医学应用具体问题的可调谐相干硬辐射源。

表1自由电子激光器参数与康普顿辐射参数的定性估计激光器H肿备注V电子束电流,电子浓度激光与光电各嗲涟展

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