光陰極微波電子槍調(diào)試及驅(qū)動(dòng)激光整形技術(shù)研究.pdf

1、短波長自由電子激光裝置要求注入器為之提供低發(fā)射度、低能散、高峰值流強(qiáng)的電子束，光陰極微波電子槍由于在這些參數(shù)方面的獨(dú)特優(yōu)勢而成為直線加速器驅(qū)動(dòng)的短波長自由電子激光裝置注入器的首選。X射線自由電子激光裝置所能達(dá)到的最短波長與束流橫向歸一化發(fā)射度成比例關(guān)系。同時(shí)，降低發(fā)射度和提高峰值流強(qiáng)可以有效的提高自由電子激光增益、降低其飽和長度，從而降低裝置的建造成本。
　　 本文首先簡要介紹自由電子激光和光陰極微波電子槍的發(fā)展，簡單闡述了光陰

2、極微波電子槍中的束流動(dòng)力學(xué)，分析了引起束流橫向發(fā)射度增長的因素，并介紹了對線性空間電荷力引起的發(fā)射度增長進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ê驮怼?br>　　 詳細(xì)介紹了合肥光源光陰極微波電子槍系統(tǒng)中的主要組成部分。對其中的關(guān)鍵部分：驅(qū)動(dòng)激光系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)測量，給出了測量結(jié)果，同時(shí)在激光器的長期運(yùn)行與維護(hù)中總結(jié)出了一套維護(hù)的步驟和方法。對時(shí)間同步系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，獲得了很好的同步精度。對光陰極微波電子槍進(jìn)行了高功率測試及出束研究，并成功實(shí)現(xiàn)出束，

3、對實(shí)驗(yàn)過程中遇到的各種問題進(jìn)行了分析和討論，給出了到目前為止光陰極微波電子槍各個(gè)系統(tǒng)的性能以及電子束品質(zhì)的調(diào)試及測量結(jié)果，對結(jié)果進(jìn)行了分析并指出了對其進(jìn)行改善的途徑和方法。
　　 詳細(xì)研究了驅(qū)動(dòng)激光斜入射光陰極對束流品質(zhì)的影響，研究結(jié)果表明：需要通過光學(xué)方法對驅(qū)動(dòng)激光斜入射引起的問題進(jìn)行校正以降低甚至消除其對束流品質(zhì)的影響。為此，搭建了一套簡單可調(diào)的波前整形系統(tǒng)對激光脈沖進(jìn)行預(yù)處理并投入實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，其對束流品質(zhì)的改善發(fā)揮了實(shí)際作用

4、，改善效果與模擬結(jié)果相一致。通過模擬研究，我們發(fā)現(xiàn)：對于橫向均勻分布的激光脈沖，具有適當(dāng)橢圓度的橢圓形光斑更有利于獲得高品質(zhì)的束流。
　　 為降低非線性空間電荷力對橫向發(fā)射度的影響，本文對驅(qū)動(dòng)激光脈沖的橫向及縱向整形技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。針對我們的皮秒激光脈沖，設(shè)計(jì)并搭建了縱向整形系統(tǒng)，獲得了預(yù)期的縱向整形結(jié)果；在對激光的光束質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化并對光斑進(jìn)行處理后，利用橫向整形器獲得了較為理想的橫向整形結(jié)果。鑒于均勻橢球體分布的脈沖可以完

5、全消除非線性空間電荷力對束流橫向發(fā)射度的影響，模擬研究了對我們的激光脈沖進(jìn)行近似橢球體整形后橫向發(fā)射度的改善效果，并在橫向及縱向整形系統(tǒng)的基礎(chǔ)上給出了對激光脈沖進(jìn)行近似均勻分布橢球體整形的方案。
　　 最后，為提高電子槍各部分的性能和電子束品質(zhì)，指出了接下來的工作中所需解決的問題和相應(yīng)的方法。在光陰極表面量子效率的提高及其均勻性的改善方面，詳細(xì)分析了光陰極表面在線清洗技術(shù)，給出了利用驅(qū)動(dòng)激光進(jìn)行激光清洗的方案，并討論了兩種可以對