稳态微聚束加速器光源报告（17页）

行业报告下载 2023年11月07日 06:31 管理员

SR 光源的发展即沿着上述方向推进, 特别是在降低电子束的横向发射度方面, 目前的第四代光源已经达到或接近衍射极限, 因此辐射光具有很好的横向相干性. 在纵向相干性方面, 通过采用优化的波荡器 (undulator, 极性交替变换的偏转磁铁阵列) 作为辐射光的产生元件, 辐射光的单色性相比偏转磁铁辐射显著提高. 但是由于同步辐射光源中的电子束团长度通常在毫米到厘米量级 (十皮秒量级), 即便采用波荡器, 电子束长还是远远大于辐射光的纵向相干长度, 因此束团的辐射作为一个整体而言纵向相干性很弱, 或几乎没有纵向相干性. 纵向相干性弱的一个结果是电子束团的辐射功率较低, 因为不同电子的辐射相位没有关联, 辐射电场是非相干叠加. 为了实现更高的峰值亮度和真正的短波长相干光源, 自由电子激光 (free-electron laser, FEL) 应运而生. FEL 的概念由 Madey 于 1971 年提出[10] 并于 1977 年与合作者实验验证[11] .

一个基于自放大自发辐射 (self-amplified spontaneous emission, SASE) 原理的 FEL 装置的典型示意图如图 1 所示, 其基本工作原理是[12–15] : 速度接近光速的电子束经过波荡器时会产生 SR, 该辐射与电子束在波荡器中相互作用进而改变电子束的纵向密度分布, 形成以辐射波长为周期的密度集中, 也即微聚束, 而微聚束又进一步产生相干辐射, 该过程形成正反馈, 导致辐射强度沿波荡器长度以指数形式增长直至饱和。加速器光源已经成为人类探索物质结构及动态特性的最前沿工具之一. 基于电子储存环的同步辐射光源和基于电子直线加速器的自由电子激光, 可分别提供高重复频率和高峰值亮度的辐射光, 是目前加速器光源的两种主要类型. 这两种加速器光源大科学设施作为尖端的科研平台, 催生了一系列突破性的基础研究与应用基础研究成果, 在先进制造和产业带动方面的作用也难以估量[5] . 目前, 全世界有超过 50 个运行或在建的同步辐射光源, 超过 7 个运行或在建的 X 射线自由电子激光大设施. 可以说, 最先进的加速器光源因其无可比拟的光束品质、对科学和工业的支撑带动作用、建设所需的资金投入和技术复杂程度, 已成为各个国家综合国力和竞争力的重要体现。

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