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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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标签: 光电行业报告

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