稳态微聚束储存环纵向强聚焦研究(精)/清华大学优秀博士学位论文丛书

\\\"加速器光源是短波长高平均功率光的重要实现途径。自由电子激光可实现高峰值功率，同步辐射具有高重复频率。稳态微聚束(SSMB)则将自由电子激光和同步辐射的特点相结合，是高平均功率光源的新方案。《稳态微聚束储存环纵向强聚焦研究》围绕SSMB，深入探讨了储存环在双激光调制器作用下的SSMB纵向动力学，开展了SSMB纵向强聚焦储存环设计，可将微束团长度压缩至纳米量级，并产生高平均功率极紫外辐射。 《稳态微聚束储存环纵向强聚焦研究》对希望学习和了解SSMB储存环物理，尤其是研究纵向动力学的读者有一定参考意义，同时也可成为新型大功率极紫外辐射研究的参考资料。\\\"

张耀，重庆大学超瞬态装置实验室副研究员，2022年毕业于清华大学工程物理系，获博士学位。主要从事真空激光电子加速、电子束辐射模拟和电子储存环设计等相关研究，内容主要包括真空激光磁共振加速、强激光逆康普顿散射、电子束波荡器辐射、超低稳态纵向发射度储存环lattice设计和储存环强流不稳定性等。

目 录 第1章 绪论 1 1.1 加速器光源的亮度、功率与相干性 2 1.2 自由电子激光和同步辐射 4 1.2.1 自由电子激光的纵向相干性 4 1.2.2 同步辐射光源的横向相干性 7 1.3 SSMB光源 12 1.4 本书的主要内容及创新点 14 1.4.1 本书的主要内容 14 1.4.2 本书工作的创新点 15 第2章 电子储存环动力学的三维Twiss描述 16 2.1 电子在储存环内的运动 17 2.1.1 坐标系和场的基本假设 17 2.1.2 横向运动 19 2.1.3 纵向运动 22 2.2 六维传输矩阵的三维Twiss描述 27 2.2.1 横向Courant-Snyder参数 27 2.2.2 纵向Courant-Snyder参数 29 2.2.3 用Courant-Snyder参数表述的六维传输矩阵 31 2.3 束团稳态发射度的三维Twiss表达 33 2.3.1 同步辐射和量子激发 33 2.3.2 储存环三维稳态发射度 35 2.4 小结 37 第3章 储存环纵向发射度的优化 39 3.1 SSMB的产生 39 3.2 SSMB关键器件：激光调制器 41 3.2.1 平面波作用下的调制和纵向传输矩阵 41 3.2.2 连续高斯光作用下的调制和传输矩阵 45 3.2.3 脉冲高斯光作用下的调制 50 3.3 超低稳态纵向发射度的设计思想 52 3.4 储存环纵向发射度的优化 53 3.4.1 储存环元件对稳态发射度的贡献 53 3.4.2 弧形束线和储存环的最小纵向发射度 64 3.4.3 储存环纵向发射度优化的方法 68 3.5 小结 68 第4章 SSMB纵向强聚焦线性理论 69 4.1 双RF作用下的纵向强聚焦 70 4.1.1 双RF纵向强聚焦线性动力学 70 4.1.2 双RF纵向强聚焦的纵向动力学孔径 74 4.1.3 双RF纵向强聚焦稳态束团参数分析 79 4.2 双激光调制器作用下的纵向强聚焦 88 4.3 小结 92 第5章 清华大学 SSMB-EUV 光源纵向强聚焦储存环设计 93 5.1 SSMB纵向强聚焦优化程序 94 5.2 纵向强聚焦方案 95 5.2.1 单元数目 96 5.2.2 波荡器参数 97 5.2.3 激光调制器参数 98 5.2.4 阻尼扭摆器 103 5.2.5 压缩段 103 5.3 针对托歇克寿命和辐射功率的全环优化 104 5.3.1 SSMB纵向强聚焦储存环布局及约束 104 5.3.2 托歇克寿命和辐射功率的优化结果 106 5.4 非线性问题 109 5.4.1 激光调制器调制的非线性 110 5.4.2 磁聚焦结构的非线性 111 5.4.3 双色激光调制与线性区的扩大 112 5.5 小结 114 第6章 纳米长度束团的极紫外辐射 115 6.1 单电子在波荡器中的辐射 115 6.1.1 电子在理想平面型波荡器中的运动 115 6.1.2 辐射的频域特性 116 6.1.3 辐射的时域特性 122 6.2 微束团在波荡器中的超辐射能谱 123 6.2.1 单个方向的辐射双微分谱 123 6.2.2 相干因子 124 6.2.3 全空间辐射能谱与空间、时间相干系数 127 6.3 微束团超辐射功率 133 6.3.1 从单电子辐射功率到微束团辐射功率 133 6.3.2 从相干能谱到微束团辐射功率 135 6.4 清华大学SSMB-EUV光源辐射特性 136 6.5 小结 140 第7章 总结和展望 141 7.1 总结 141 7.2 展望 142 参考文献 144 附录 A 8单元磁聚焦结构特征参数 157 在学期间完成的相关学术成果 159 致谢 160