第一章自由电子激光器基本结构 1
§1.1引言 1
目录 1
§1.2加速器 2
1.2.1脉冲线加速器 2
1.2.2直线加速器 4
1.2.3电子感应加速器和电子同步加速器 6
1.2.4范德格拉夫静电加速器 9
§1.3摇摆器 10
1.2.5储存环 10
1.3.1静磁摇摆器 11
1.3.2其它类型摇摆器 12
§1.4束—波互作用腔 13
1.4.1光学腔 13
1.4.2微波腔 14
2.2.1静磁摇摆器中相对论性多普勒频移 15
§2.2自发辐射频率的相对论性多普勒频移 15
§2.1引言 15
第二章自由电子激光原理与特性 15
2.2.2电磁波摇摆器中相对论性多普勒频移 18
§2.3摇摆器的能量耦合功能 18
2.3.1高能量低密度电子束情况 18
2.3.2低能量高密度电子束情况 19
§2.4自发辐射与受激辐射——麦迪定理 20
§2.5波导型FEL中辐射机制识别 21
§2.6自由电子激光简史及分类 23
第三章相对论性电子在摇摆器及导引磁场中的运动 25
§3.1引言 25
§3.2三维运动分析 25
3.2.1摇摆器磁场的数学表达式 25
3.2.2运动方程及讨论 26
3.2.3采用等效场的运动轨道 28
3.2.4等效螺旋轨道 30
3.3.1有自身场时的基本方程 31
§3.3螺旋线轨道的稳定性 31
3.3.2螺旋线轨道对应的参量条件 32
3.3.3螺旋线轨道的稳定性判据 33
§3.4电子在电磁波摇摆器中的三维运动 35
3.4.1线性计算 36
3.4.2非线性分析 38
3.4.3讨论 40
§3.5电子相轨道的Poincare图象 41
3.5.1哈密顿系统的可积性问题 41
3.5.2正向导引磁场情况 43
3.5.3反向导引磁场情况 48
§3.6摇摆嚣入口区绝热压缩作用 49
第四章光学腔自由电子激光KMR理论 52
§4.1引言 52
4.1.1分析力学中常用公式 52
4.1.2电磁场中基本公式 53
4.2.1场的数学表达式 54
§4.2电子在泵场与激光场中的运动 54
4.2.2电子的拉格朗日函数及哈密顿函数 55
4.2.3正则方程 57
§4.3电子束与激光场之间的能量交换 60
4.3.1从玻印廷矢量分析换能关系 60
4.3.2从波动方程分析换能关系 61
§4.4电子与激光场的同步作用 64
4.4.1同步电子与非同步电子 64
4.4.2陷落电子与非陷落电子 66
4.4.3摆方程 67
4.4.4相包参数 67
4.4.5绝热不变量 69
§4.5常参量摇摆器自由电子激光 69
4.5.1基本方程 69
4.5.2增益公式 71
4.5.3工作条件 73
§4.6麦迪定理 73
4.6.1一阶近似计算 74
4.6.2二阶近似计算 75
第五章波导腔自由电子激光色散特性 77
§5.1引言 77
§5.2色散方程 77
5.2.1数学物理模型 77
5.2.2扰动速度 78
5.2.3色散方程 80
§5.3不稳定性分析 81
5.3.1自由电子激光模 81
5.3.2回旋谐振—自由电子激光混合模 82
§5.4色散曲线 83
第六章变参数摇摆器自由电子激光器及其非线性数值模拟 85
§6.1引言 85
§6.2变参数摇摆器放大效率原理 85
§6.3变参数摇摆器光学腔自由电子激光器 86
6.3.1有源波方程 86
6.3.2电子的动力学行为 88
6.3.4波方程中横模选择 89
6.3.3能量守恒表达式 89
6.3.5模拟计算速度及算例 90
§6.4变参数摇摆器波导腔自由电子激光器 91
6.4.1基本方程组 91
6.4.2数值计算方法 93
6.4.3算例 94
§6.5非线性数值模拟的简化方法 96
6.5.1简化方程组 96
6.5.2与实验及§6.4比较 98
第七章无摇摆器自由电子激光器 102
§7.1引言 102
§7.2电磁辐射的相对论性多普勒频率上移 103
§7.3平面波型无摇摆器自由电子激光器 105
7.3.1基本方程及扰动量 105
7.3.2电子束的能量改变量 108
7.3.3波增益及工作条件 108
§7.4导波型无摇摆器自由电子激光器中能量转换及增益公式 109
7.4.1放大器 110
7.4.2振荡器 113
§7.5大回旋轨道无摇摆器自由电子激光器 116
7.5.1基本原理 116
7.5.2动力学分析 116
7.5.3非线性分析 119
§8.2静磁摇摆器情况下的三波互作用 124
8.2.1物理模型 124
§8.1引言 124
第八章自由电子激光器中的三波互作用 124
8.2.2一阶与二阶扰动量 125
8.2.3色散特性与增益 127
8.2.4讨论 128
§8.3电磁波摇摆嚣情况下的三波互作用 129
8.3.1基本方程 129
8.3.2波的线性色散与非线性增长 131
8.3.3爆炸不稳定性 134
9.2.1康普顿型FEL实验 136
§9.2横向静磁摇摆器（常参量）FEL实验 136
§9.1引言 136
第九章自由电子激光实验 136
9.2.2拉曼型FEL实验 138
§9.3角向和纵向静磁摇摆器FEL实验 140
9.3.1角向静静磁摆器FEL实验 140
9.3.2纵向静磁摇摆器FEL实验 141
§9.4变参数静磁摇摆器FEL实验 143
§9.5电磁波摇摆器FEL实验 144
§9.6无摇摆器FEL实验 145
第十章自由电子激光应用及发展趋势 147
§10.1自由电子激光应用 147
§10.2自由电子激光发展趋势 148
附录物理学中的基本常数、量纲、单位和公式 150
一、物理常数 150
二、量纲与单位 152
三、电学和磁学 155
四、各种单位制中的电磁学公式 155