مطالعۀ امکان کاهش ابعاد و افزایش توان تابشی لیزر الکترون آزاد در محدودۀ طول موج های کوتاه

فناوری لیزر الکترون آزاد، یکی از مناسب‌ترین گزینه‌ها جهت دست‌یابی به تابش همدوس با توان و کیفیت بالا در محدوده طول موج‌های کوتاه به ویژه xuv و x به شمار می‌رود. یکی از مهمترین مشکلات در ساخت لیزرهای الکترن آزاد طول موج x، بزرگ و حجیم بودن سیستم لیزر الکترون آزاد می‌باشد. از این رو، بخش قابل توجهی از تحقیقات لیزر الکترون آزاد طول موج کوتاه، در ارتباط با توسعۀ روش‌ها و تکنیک‌های کوچک‌سازی و افزایش توان تابشی سیستم می‌باشد. در این مقاله، عملکرد لیزر الکترون آزد در محدودۀ طیف تابشی xuv یا x نرم مورد بررسی قرار گرفته و راهکارهایی در جهت کاهش طول و افزایش توان تابشی آن ارائه شده است. بدین منظور، روش‌هایی مانند تولید هماهنگ‌های بالاتر تابشی و پیش دسته‌بندی باریکۀ الکترونی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. برای جبران کاهش توان تابشی هماهنگ سوم، از روش کشیدگی دامنۀ میدان ویگلر جهت تقویت و افزایش توان میدان تابشی استفاده شده است. بر اساس شبیه‌سازی‌های سه بعدی صورت گرفته با استفاده از کد medusa، مشخص شد که در صورت، استفاده از روش کشیدگی میدان ویگلر، توان تابش اشباع به میزان قابل ملاحظه‌ای افزایش پیدا میکند. همچنین نشان داده شد که پیش دسته‌بندی پرتو الکترونی، علاوه بر تقویت توان تابشی می‌تواند باعث تسریع در فرآیند رشد میدان تابشی و در نتیجه کاهش طول اشباع در لیزر الکترون آزاد شود. بنابراین، استفاده از روش پیش دسته‌بندی باریکۀ الکترونی به همراه کشیدگی میدان ویگلر می‌تواند نقش بسیار مهمی در کوچک‌سازی و تقویت توان تابشی لیزر الکترون آزاد داشته باشد.

investigation of length reduction and radiation power enhancement of shortwavelength free electron laser

free electron laser technology is one of the most suitable options to achieve high power, coherent radiation in the range of short wavelengths, especially xuv and x. one of the most important challenges in construction of shortwavelength free electron lasers is the large dimension of the system. therefore a significant part of free electron laser researches is concentrated on length reduction and radiation enhancement of the system. in this paper, the performance of free electron lasers in the range of xuv or soft x is investigated and some techniques for minimizing and radiation enhancement of the system are presented. for this purpose, methods such as using higher harmonics of the radiation field and prebunched injecting electron beam into the wiggler are proposed. to compensate for the decrease in the radiation power of the third harmonic, the wiggler tapering method was used to amplify the radiation field. based on threedimensional simulations performed using the medusa code, it was observed that wiggler tapering can increase radiation power significantly. it was also found that using a prebunched electron beam can amplify saturation power and accelerate the growth process of the radiation field and thus reduce the saturation length of the free electron laser. therefore, tapering of the wiggler field along with the beam prebunching method can play a very important role in length reduction and amplification of the radiation field of shortwavelength free electron laser.