X射线自由电子激光物理导论

《X射线自由电子激光物理导论》描述了X射线波段自由电子激光（free electron laser，FEL）的兴起与发展，论述了电子束通过波荡器时发出的电磁辐射，介绍了低增益FEL理论；也论述了高增益FEL理论中的基本知识，包括微群聚概念以及麦克斯韦波动方程和弗拉索夫方程基本思想，同时根据傅里叶-拉普拉斯变换来研究三维情况下的高增益FEL理论，可以考察电子回旋加速、横向效应对增益长度的影响，可用于FEL功率饱和的非线性区。在第6章中，讨论了一维近似下处理高增益FEL的问题，推导了一阶耦合方程以及三阶方程，以明了FEL物理过程，该三阶方程在FEL物理的线性区有效，此区的输出电场与输入电场呈线性关系。在第8章简单地介绍了激光同步辐射光源。本书适合从事自由电子激光的科学研究工作者阅读参考。

序
第1章引言1
参考文献9
第2章波荡器辐射11
2.1电子轨道11
2.1.1螺旋型波荡器中的电子轨道12
2.1.2平面波荡器中的电子轨道14
2.2回旋振荡运动16
2.2.1平面波荡器中电子的回旋振荡运动17
2.2.2曲面波荡器中电子的回旋振荡运动19
2.3波荡器辐射及其谱形21
2.4波荡器辐射的角宽度31
2.5高次谐波32
2.6小结35
参考文献35
第3章低增益FEL理论37
3.1电子束与光波的能量交换38
3.2电子束团内坐标42
3.3FEL摆方程44
3.4相空间处理和FEL桶47
3.5高次谐波与修正波荡器参量K49
3.6谱形51
3.7低增益FEL的小增益52
3.8小结54
参考文献55
第4章高增益FEL理论基本知识56
4.1微群聚的基本知识56
4.2麦克斯韦方程和电场波动方程61
4.3高增益FEL中电场波动方程的简化62
4.4电子分布函数和弗拉索夫方程65
参考文献68
第5章高增益FEL理论(I)69
5.1高增益FEL摆方程69
5.2耦合麦克斯韦-弗拉索夫方程72
5.3高增益FEL一维理论77
5.4FEL一维理论的初值问题81
5.4.1FEL放大器情况81
5.4.2SASE-FEL情况85
5.5高增益FEL三维理论94
5.6回旋振荡对高增益FEL的影响101
5.7高增益FEL相干性114
5.8小结116
参考文献118
第6章高增益FEL理论(II)119
6.1FEL中电场波动方程的简化形式119
6.2FEL中纵向电场及其与横向电场的关系122
6.3高增益FEL的摆方程(一阶耦合方程)123
6.4电子分布函数和弗拉索夫方程128
6.5高增益FEL电场的积分微分方程和三阶方程131
6.6高增益FEL电场三阶方程之解133
6.6.1单能共振、无空间电荷效应的理想情况133
6.6.2单能非共振、不考虑空间电荷效应情况134
6.7高增益FEL的饱和140
6.8高增益FEL的线性区和非线性区142
6.9微群聚的模拟结果145
6.9.1空间电荷结构的变化情况145
6.9.2FEL增益过程中的相位演变149
6.10高增益FEL电场的积分微分方程的低增益极限154
6.11高增益FEL增益函数及谱带宽度155
6.12小结158
参考文献158
第7章FEL亮度和电子束参量要求159
7.1亮度159
7.2束电子能量163
7.3束电流165
7.4束能散度168
7.5发射度169
7.6自发波荡器辐射和量子效应175
7.7非理想因素影响汇总178
参考文献179
第8章激光同步辐射光源181
8.1简述182
8.2强激光场中的电子运动184
8.3散射辐射188
8.3.1线偏振情况189
8.3.2圆偏振情况196
8.4散射辐射的性质198
8.4.1辐射功率198
8.4.2共振函数性质199
8.4.3超强行为201
8.5散射辐射的非理性效应206
8.5.1电子束能散度206
8.5.2电子束能量损失207
8.6激光同步辐射的通量和亮度207
8.7小结209
参考文献211
致谢213