Теоретический анализ излучения некоторых рентгеновских лазеров на свободных электронах

Проводится сравнительный анализ излучения рентгеновских лазеров на свободных электронах (ЛСЭ) LCLS, PAL-XFEL, SwissFEL, SACLA, FLASH2, European XFEL, а также излучение ЛСЭ LEUTL в видимом диапазоне. Рассчитаны спектральные характеристики рассмотренных ЛСЭ с учётом всех основных потерь за счёт разброса энергий электронов, дифракции, эмиттанса и размера пучка. Результаты теоретического исследования согласуются с имеющимися экспериментальными данными для всех рассмотренных ЛСЭ. Изучена возможность использования и усиления гармоник в рентгеновских ЛСЭ с изменяемым параметром дипольности: SwissFEL, LCLS-II, SACLA, FLASH2, European XFEL. Показаны преимущества усиления самозатравочного излучения гармоник HLSS, при котором возможно сокращение длины ЛСЭ за счёт эффективной группировки на длинах волн гармоник в банчере с большим параметром дипольности ондулятора k. Теоретически исследована возможность принудительного разрыва банчинга между ондуляторами LCLS-II и влияние на усиление третьей гармоники. Проведён сравнительный анализ характеристик излучения, пучков электронов и ондуляторов исследованных ЛСЭ в различных режимах работы.

На английском языке

Theoretical analysis of radiation properties of X-ray free-electron lasers

Zhukovsky K.V.

We perform a comparative analysis of the radiation of X-ray free-electron lasers (FELs) LCLS, PAL-XFEL, SwissFEL, SACLA, FLASH2, and European XFEL, as well as the visible radiation of the LEUTL FEL. The spectral characteristics of the considered FELs with account of all the main losses due to the electron energy spread, diffraction, emittance, and the beam diameter. The results of the theoretical studies agree well with the experimental data available for all the FELs under consideration. The possiblity to use and enhance harmonics in X-ray FELs with an adjustrable dipole parameter (SwissFEL, LCLS-II, SACLA, FLASH2, and European XFEL) is studied. The advantages of amplifying the self-seed radiation of HLSS harmonics are demonstrated, at which the FEL can be made shorter due to efficient bunching at the harmonic wavelengths in a buncher with a great dipole parameter k of the undulator. The possibility of forced bunching discontinuity between the LCLS-II undulators and its influence on the third harmonic amplification are studied theoretically. Comparative analysis of the parameters of radiation, electron beams, and undulators of the considered FELs is performed in various operation regimes.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2022_65_02_96