高增益短波长自由电子激光纵向相干性研究

高增益短波长自由电子激光（FEL）为实现X射线激光开辟了一条可行的技术路线。但现有高增益短波长FEL工作模式的纵向相干性还未能令人满意，如：自放大自发辐射（SASE）模式纵向相干性不好；而基于种子激光的谐波放大模式在向硬Ｘ射线发展还存在很大困难的同时，最近的研究分析表明其纵向相干性看来也没有原来认为的那样好。因此改善高增益短波长自由电子激光（FEL）的纵向相干性(辐射带宽)具有非常重要的实际意义，是国际FEL研究的热点和前沿。在国外已有相关工作以及我们自己工作基础上，对各种不同方案的辐射带宽进行系统、深入的研究与对比分析，考虑实际实验条件，分析研究系统参数对辐射带宽的影响，探索研究改善高增益短波长FEL纵向相干性的新方案，为实验方案及装置参数的选择优化提供指导性建议。

X射线自由电子激光（FEL）的成功运行，标志着第四代光源的新时代已经到来。但现有的X-FEL工作模式的纵向相干性不好，本项目在国外已有相关工作以及我们自己工作基础上，对高增益短波长FEL各种不同方案的辐射带宽进行系统、深入的分析与对比研究，探索研究改善高增益短波长FEL纵向相干性的新方案。. 我们对基于用外种子激光的谐波放大类型的HG-FEL向更短波长方向扩展和基于SASE的改进方案两方面对发展全相干X-FEL进行了研究。针对我们提出的加强型谐波放大FEL方案EHGHG及国际上热门的基于回波的高次谐波放大FEL方案EEHG进行了深入研究，对它们的系统参数关系,辐射带宽进行了研究分析与数值模拟计算，为今后相关实际装置的参数选取和优化提供了重要指导和参考。我们首次对用变参数波荡器改善短波长SASE-FEL纵向相干性的可能性进行了详细研究，取得了初步突破性进展。而国外已有的关于变参数波荡器FEL的研究均是为了提高辐射功率。还对自种子SASE波荡器系统的优化设计进行了研究分析。这些工作为进一步的相关深入研究奠定了很好的基础。. 在原任务书计划之外还新增加了部分研究内容（它们均是FEL研究领域的热点问题）：对交叉型波荡器软x射线自由电子激光极化控制的影响因素进行了分析研究；对波荡器磁场高次谐波及其对FEL影响进行了研究，并在其成果基础上，进行了扩展研究，提出了新型准周期波荡器，三次谐波抑制效率显著优于目前国际上现有的准周期波荡器，且由于磁极面没有凹陷，适于真空内波荡器，这是本项目得到的附带的研究成果。还对脉冲滑移效应开展了研究，首先对低增益情况的研究取得了成果，对高增益情况的研究仍在进行中。