史密斯-帕塞尔效应自由电子激光的研究

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1、电子科技人学硕十学位论文摘要史密斯一帕塞尔自由电子激光简称S—PFEL，是自由电子激光的一个重要分支。本文立足于史密斯一帕塞尔自由电子激光的线性理论，对该系统进行了全面的分析。我们首先讨论了准光学谐振腔的衍射理论，导出了场分布的自治积分方程和解，并设计了数值模拟程序对其场分布进行模拟；然后仔细研究了线性史密斯一帕塞尔FEL理论，分别讨论了史密斯一帕塞尔振荡器(SPO)和史密斯一帕塞尔激放大器(SPA)的特性；作为一种特例，对变参数光栅史密斯一帕塞尔自由电子激光进行了详细的分析，特别是对光栅的空问频率与小信号增益、互作用效率、起振电流和辐射功率的关系作了数值模拟，给出了选取光栅参数的变化的依

2、据口(分析表明，通过选择适当的光栅空间频率，是可以设计出满意的史密斯一帕塞尔激光器的。在本文的最后，基于前人的成果和本文的工作，对这类器件的特性、参数进行了详细的讨论，尝试建立设计该类器件的基本原则，以期对后续的研究工作有所帮助。广一。关键词：自由电子激光；准光学谐振腔；史密斯一帕塞尔效应；计算机模拟电子科技人学硕l“学f口沦文ABSTRACTSmith-Purcelleffectfree-electronlaser(S-PFEL)isanimportantbranchoffree—electronslasers．Inthepaperweanalyzecomprehensivelythis

3、systembasedonthelineartheoryofS-PFEL．Firstwediscussthediffractiontheoryofthequasi—opticaloscillatorandinducetheself-consistentintegrationequationandsolutionofthefielddistribution．AndwedevelopnumericalsimulationprogramtOsimulatethedistributionofthefield．ThelineartheoryofS-PFELisresearchedindetailBa

4、sedonthistheorywediscussthecharactersofSmith—PurcellOscillator(SPO)andtheSmith—PurcellAmplifier(SPA)respectively．Asaspecialexample，weanalyzeSmith-PurcellFELwithvariablegratingperiodparameterindetail．Usingtheprogramwesimulatetherelationsbetweenthegratingspacefrequencyandthesmallsigngain，theefficien

5、cy，thestart—oscillationcurrentandtheradiationpower．Areferenceformulaashowtochoosethechangerateofthegratingparameterisalsogiven．WeCandesignsatisfyingSmith—Purcelloscillatorwhenthechangerateischosenproperly．Inthelastsectionofthepaper，basedontheforerunner’Sachievementsandmyresults，thecalculationofcha

6、racteristicsandparametersofthissortofdevicehasbeenformulatedanddiscussedindetail．WetrytoconstructtheprimarydesignprincipleandhopetheworkcouldhelptheStlccessiveresearchKeywords：Free-·electronlaser；Quasi·-opticaloscillatorSmith—Purcelleffect；Computersimulation第一章绪论§1．1自由电子激光发展史电磁波资源对现代通信技术和电子技术的发展起了

7、极其重要的作用。人类在丌拓从微波到红外之间的波段时，遇到了极大的困难：由于这一波段既有经典电磁特性又具有量子之特性，以普通微波管或量子效应为基础的器件在此波段内的工作效率和输出功率都急剧下降，以致无法正常工作。因此，研制能工作于这一波段的器件，是一个十分重要的课题。到七十年代后半期，人们发现了一些能工作在这一波段的新原理，建立了一系列新的器件，无论从输出功率或器件效率水平来看，所取得的成就都是惊人的。自由电子激光(FEL