同步辐射与自由电子激光 相干X射线产生原理PDF电子书下载

第1章 基本概念 1

1.1 粒子（电子）束 1

1.1.1 电子束相空间 2

1.1.2 束流传输与线性光学 3

1.1.3 束流发射度与包络函数 4

1.1.4 简单传输下的束流属性 6

1.1.5 相空间中的电子分布函数 9

1.2 辐射束 12

1.2.1 傍轴束的衍射 12

1.2.2 傍轴波动方程与能量传输 15

1.2.3 波动光学中的相空间方法 17

1.2.4 横向相干性 22

1.2.5 时间相干性 25

1.2.6 群聚与强度增强 28

参考文献 30

第2章 同步辐射 32

2.1 相对论电子的辐射 34

2.2 傍轴波动方程 36

2.3 偏转磁铁辐射 39

2.4 波荡器辐射 41

2.4.1 电子轨迹和波荡器辐射的定性讨论 43

2.4.2 波荡器辐射的傍轴分析 47

2.4.3 频率积分功率 51

2.4.4 偏振控制 52

2.4.5 波荡器辐射亮度与电子束分布的影响 55

2.4.6 从波荡器辐射到自由电子激光 61

2.5 同步辐射光源的未来方向 62

2.5.1 基于多偏转消色散结构的低发射度储存环 63

2.5.2 能量回收直线加速器 65

2.5.3 超导波荡器 65

2.5.4 激光波荡器 67

参考文献 68

第3章 FEL基本原理 73

3.1 引言 73

3.1.1 相干辐射源 73

3.1.2 什么是FEL 74

3.2 电子运动方程——摆方程 77

3.2.1 方程的推导 77

3.2.2 相空间中的运动 80

3.3 低增益区 81

3.3.1 增益的推导 82

3.3.2 粒子俘获与低增益饱和 87

3.4 高增益区 88

3.4.1 Maxwell方程 89

3.4.2 FEL方程与能量守恒 92

3.4.3 无量纲FEL比例参数ρ 93

3.4.4 采用集体变量的一维求解 96

3.4.5 自放大自发辐射（SASE）的定性描述 98

参考文献 100

第4章 一维FEL理论 102

4.1 一维FEL的耦合Maxwell-Klimontovich方程 102

4.2 低FEL增益的微扰解 105

4.3 通过Laplace变换求解任意FEL增益 108

4.3.1 自发辐射与低增益情形 110

4.3.2 指数增益区域 111

4.3.3 SASE的时间起伏和相关性 116

4.4 准线性理论与饱和 120

4.5 增益饱和后的波荡器磁场渐变 126

4.6 超辐射 131

参考文献 134

第5章 三维FEL分析 137

5.1 定性讨论 137

5.1.1 衍射与光导 137

5.1.2 束流发射度和聚焦 140

5.2 电子轨迹 141

5.2.1 波荡器中的自然聚焦 142

5.2.2 外聚焦结构中的β振荡 145

5.3 FEL的三维方程 148

5.3.1 Maxwell方程 149

5.3.2 电子运动的三维摆方程 150

5.3.3 耦合Maxwell-Klimontovich方程 151

5.4 低增益区的解 153

5.4.1 无横向聚焦的低增益表达式 157

5.5 高增益区的解 160

5.5.1 Van Kampen正交模式展开 161

5.5.2 色散关系与四个归一化参数 164

5.5.3 增益导引与横向相干性 166

5.5.4 色散关系的数值求解 168

5.5.5 变分解与拟合公式 173

参考文献 177

第6章 高增益FEL中的谐波产生 180

6.1 非线性谐波产生 180

6.2 高增益谐波放大 184

6.3 回声型谐波放大 187

6.4 谐波产生的近期发展 191

参考文献 193

第7章 FEL振荡器与相干硬X射线 195

7.1 FEL振荡器原理 195

7.1.1 功率演化与饱和 196

7.1.2 纵向模式形成的定性描述 197

7.1.3 FEL振荡器中的纵向超模式 198

7.1.4 光腔的横向物理理论 201

7.2 X射线光腔结构 202

7.2.1 波长可调的四晶体XFELO光腔 203

7.2.2 XFELO的金刚石晶体 205

7.3 XFELO参数与性能 205

7.4 锁模FEL振荡器中的X射线频梳 207

7.5 硬X射线主振荡功率放大器（MOPA） 210

参考文献 211

第8章 高增益FEL的实际考虑与实验结果 213

8.1 波荡器容差和尾场 213

8.1.1 波荡器误差与容差 213

8.1.2 束流轨迹误差 216

8.1.3 尾场、电子能量损失和波荡器磁场渐变 218

8.2 FEL实验结果 220

8.2.1 SASE FEL 221

8.2.2 种子型FEL 228

8.2.3 短脉冲产生 229

参考文献 234

附录A相空间中电子运动的Hamilton方程 239

A.1由变换理论得到的FEL粒子方程 241

A.2高增益FEL中试探电子的运动 243

参考文献 244

附录B FEL模拟方法 245

B.1 FEL模拟程序的设计 246

B.2现有的FEL程序 251

参考文献 252

附录C FEL的量子考虑 253

C.1量子形式 253

C.2 FEL放大器中的量子噪声 257

C.3 Madey定理 263

参考文献 265

附录D横向梯度波荡器 266

D.1低增益分析 269

D.2高增益分析 274

参考文献 275

参考书目 277

名词索引 279

译者的话 291