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拉盖尔-高斯模激光加热器用于自由电子激光器中微聚束不稳定性的抑制

DOI：10.1103/PhysRevLett.124.134801 期刊：Physical Review Letters 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 由束流集体效应驱动的微聚束不稳定性（MBI）对高亮度储存环、直线加速器和自由电子激光器（FELs）具有显著危害。已知通过激光加热器为电子束引入微量能散是抑制该不稳定性的有效方法，而引入能散的分布形态会极大影响MBI抑制效果——这可通过调控加热器激光的横向光强分布来实现。本研究首次在直线相干光源装置上，通过采用LG01横向激光模式实现了MBI的有效抑制，并与传统高斯横向激光模式进行了对比实验验证。我们通过纵向相空间分析与相干辐射光谱等多项下游测量手段，系统表征了不同模式对MBI抑制的效果差异。同时探讨了LG01光束整形在软X射线自种子FEL发射中的关键作用——该模式作为FEL最先进的运行方式之一，其MBI的可控抑制至关重要。
作者： Jingyi Tang，Randy Lemons，Wei Liu，Sharon Vetter，Timothy Maxwell，Franz-Josef Decker，Alberto Lutman，Jacek Krzywinski，Gabriel Marcus，Stefan Moeller，Zhirong Huang，Daniel Ratner，Sergio Carbajo
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究LG01横模激光加热器与传统高斯横模相比，在抑制自由电子激光器（FEL）中微聚束不稳定性（MBI）方面的有效性。

研究成果

实验验证表明，LG01横模激光加热器能在电子束中诱导出高斯能量分布，相比高斯模激光加热器能更有效抑制微束不稳定性（MBI）。这一进展对提升自由电子激光器性能具有重要意义，尤其适用于需要高光谱亮度和单色性的应用场景。

研究不足

LG01模激光加热器的效能会因横向激光抖动而降低，这会导致能量分布呈现双峰状而非理想的高斯形分布。由于LG01模对与电子束的空间重叠极为敏感，这种抖动对其影响尤为严重。

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