北京自由电子激光光学谐振腔动态失谐探究.pdfVIP

北京自由电子激光光学谐振腔动态失谐研究+ 王言山谢‘j：麟畅祥云。E明凯吴刚杨学平李永贵 (中囡科学院高能物理研究所北京t00080) 摘要提出微波系统宏脉冲内相位任意变化的方法，改善自由电子激光功率输出。以自 由电子激光功率输出为指承，用计算机控制任意函数发生器改变宏脉冲内微波相位，短 的建立时间和大的饱和功：Z会同时获得。北京红外自由电子激光器进行的实验证明这种 方法可以有效地提高自睡电子激光的功率输出。 关键词 自由电子激光 ，F．学谐振腔动态失谐微波相位 1引言 为了满足稳定饱和功率输g{的需要，自由电子激光的光学谐振腔需失谐运行”…。机械失 谐方法不能同时满足高增益fl】稳定饱和功率输出；线性变化用于驱动自由电子激光的射频直 线加速器的工作频率的办法．等效于补偿相应的光学谐振腔的失谐长度，可以同时获得高的 小信号增益和强的稳定饱和jD，鬟．这样可以提高宏脉冲的自由电子激光光学谐振腔的辐射能 量tx,41。 在本文中使用一种不同f；0方法，以获得同样的结果。这个方法由任意函数发生器控制微 波系统的相位来逐步调节苣’引!子激光光学谐振腔的动态失谐，以便获得最佳的激光功奎输 出。下面我们首先介绍原理，然后简单描述擦制系统，最后给出我们的实验结果证实这种方 法是切实可行的。 2工作原理 ， 众所周知，为了获得快迷的建场时间和稳定的饱和功率输出，射频直线加速器驱动的自 由电子激光的光学谐振腔必；a二生行失谐。 完全同步时，光学谐振E￡、的长度和电子束的频率满足下列关系式： 2L=nc／f (1) L为光学谐振腔的长度，n为电子柬注入光学谐振腔的个数，c为光速，f为自由电子激 光加速器微波系统的丁作频it．这样可以推出： ＆L／L=一≮／f=一k／dc，(t)ldl]／2对 I2) (p(t)为随着时问t变化旧r确数，代表微波系统的相位。这个公式足我们所讨论光学谐振 腔动态失谐的谐振腔长度变佗1j微波系统相位纳时问变化率的关系式。 。863}n863青年檄光技术资助 一159— 3动态失谐控制系统简图 图1实验原理图 北京自由电于激光微波!，JJ率系统的信号源是晶振经过倍额锁相后的微波功率源，具有单 一的工作频率’f氐相位噪声。’阿微波功率源后插入一个电控可变移相器，这个移相器由带有 计算机接口的任意函数发生黔拧制。经过移相器调制的微波信号，经过前级放大器和速调管 放大后，馈送到微波电子枪和蛔速管。由微波电子枪和加速管产生的电子束流注入扭摆器， 产生辐射．经光学堵振腔放Ji后，产生激光。通过激光探测．获得激光信号波形，以此为指 示．用计算机控制任意函数技：l：器，改变微波相位．使光学谐振腔的激光功率输出最佳。图 1为实验原理示意圈。 4实验结果与讨论 E 1 0O％ ≤ ‘ 50％ O％ O 2 4 6 图2控制后的微波相位波形 根据北京自由电子激光运行的具体情况[25】， 我们设计控制后的微波相位波形如图2所 示。这里假定北京自由电子激比的建立时问(T)为2№。2-5“s保持平顶波形，其余时间为 一160～ 零。由于移相器的相移量随着控制电压的升高而减少，任意函数发生器的输出波形与微波相 位的波形是反相的。在图l所示微波系统中，微波系统的响应是由微波放大器、微波电子枪 和直线加速器的响应决定的。由于微波系统相位变化较少，假定微波系统的响应是线性的， 最后，利用微波相位测量的方法，通过调整任意函数发生器的延迟，在速调管的输出，获得 与图2一样的测量结果。．