Двухчастотные ондуляторы для генерации рентгеновского излучения в лазерах на свободных электронах

Представлены результаты теоретического исследования и моделирования характеристик излучения ондуляторов в однопроходных лазерах на свободных электронах (ЛСЭ). С помощью феноменологической модели, которая описывает динамику мощности излучения в ЛСЭ с учётом основных потерь, исследуется генерация гармоник в рентгеновском диапазоне в ЛСЭ с двухчастотным ондулятором. Изучается возможность повышения в 100 раз интенсивности излучения гармоники n в ЛСЭ, где между ондуляторными секциями происходит сдвиг фазы электронов относительно фотонов на kπ/n, k=2,4,... Показываются преимущества использования двухчастотного ондулятора в однопроходном ЛСЭ и возможность генерации им мощного рентгеновского излучения на длине волны гармоник 2,3–3,3 нм в линейном режиме. Проводится сравнение ЛСЭ с двухчастотным ондулятором и с обычным плоским ондулятором. Кроме того, исследуется генерация излучения с мощностью в десятки мегаватт на длине волны λ≅ 3,27 нм в многокаскадном ЛСЭ c длиной 40 м с готовым затравочным эксимерным ультрафиолетовым лазером, работающим на длине волны 157 нм, и пучком электронов с энергией около 0,6 ГэВ.

На английском языке
Two-Frequency Undulators for Generation of X-Ray Radiation in Free-Electron Lasers
Zhukovsky K.V.
Potapov I.A.
Kalitenko A.M.

We present a theoretical study and a computer simulation of characteristics of undulator radiation in single-pass free-electron lasers (FELs). Using a phenomological model describing the dynamics of power radiation in FELs with allowance for the fundamental loss, we study generation of harmonics in the X-ray range in a FEL with a double-frequency undulator. We study the possibility to achieve a hundredfold increase in the intensity of the harmonic n in a FEL, where the electron phase is shifted between undulator sections in relation to photons by kπ/n, where k=2,4,\dots. The benefits of using a double-frequency undulator in a single-pass FEL are demonstrated, as well as the possibility of the FEL's generating high-power X-ray radiation at harmonic wavelengths of 2.3–3.3 nm in the linear regime. The FEL is compared with the double-frequency undulator and the conventional plane undulator. Additionally, generation of radiation having a power of tens of megawatts is studied at the wavelength λ≅3.27 nm in a multistage FEL with a length of 40 m, an off-the-shelf excimer ultraviolet seed laser, which operates at a wavelength of 157 nm with an electron beam having an energy of about 0.6 GeV.