Жуковский К.В.
Калитенко А.М.
 Скачать PDF  Статья на сайте eLibrary

В работе проводится моделирование эволюции гармоник излучения в однопроходном лазере на свободных электронах (ЛСЭ) с помощью феноменологической модели, в которой учитываются все основные потери для каждой из гармоник в отдельности. Результаты моделирования сравниваются с соответствующими экспериментами на ЛСЭ и расчётами, проведённым нами с помощью программы PERSEO. Рассматривается широкий диапазон длин волн 0,15-500 нм. Феноменологическое описание, основанное на использовании нескольких основных параметров ЛСЭ, таких как сила тока пучка электронов, их средняя энергия, разброс энергий и эмиттанс, даёт результаты, хорошо соответствующие экспериментам LEUTL, SPARC, LCLS в различных условиях. Также изучается эволюция мощности излучения, банчинга и разброса энергий электронов в ЛСЭ Spring 8 в стадии доработки. Показана необходимость улучшения характеристик пучка электронов для генерации гармоник в этом ЛСЭ. Феноменологическая модель позволяет провести быструю оценку работы действующих и будущих ЛСЭ; с её помощью можно моделировать ЛСЭ с практически любыми ондуляторами с учётом высших гармоник их магнитного поля. Более того, модель позволяет легко описать различные эффекты в конструируемых ЛСЭ, например с раcфазировкой электронов и фотонов, фильтрацией гармоник и другими особенностями.

На английском языке
Comparative Analysis of Phenomenological and Numerical Modeling of Experiments with Single-Pass Free-Electron Lasers
Zhukovskiy K.V. and Kalitenko A.M.

We model the evolution of radiation harmonics in a single-pass free-electron laser using a phenomenological model, in which the main losses are taken into account separately for each of the harmonics. The modeling results are compared with the corresponding FEL experiments and the calculations, which we performed using the PERSEO code. A wide wavelength range (0.15-500 nm) is considered. The phenomenological description based on the use of several basic FEL parameters, such as the electron beam current, average energy, energy spread, and emittance of electrons, yields the results that correspond well to the LEUTL, SPARC, and LCLS experiments in various conditions. The evolution of the radiation power, bunching, and electron energy spread in the Spring 8 FEL at the follow-up stage is also considered. The necessity to improve electron beam parameters for generation of harmonics in this FEL is shown. The phenomenological model allows assessing the operation of the available and future FELs fast. Using it, one can model FELs with nearly any undulator with allowance for higher harmonics of their magnetic fields. Moreover, this model makes it possible to describe easily various effects in designed FELs, e.g., those with dephasing of electrons and photons, filtration of harmonics, and other features.