我国首台高平均功率太赫兹自由电子激光饱和出光

近日，由中国工程物理研究院应用电子学研究所（中物院十所）牵头负责的高平均功率太赫兹自由电子激光装置（以下简称CTFEL装置）首次饱和出光并实现稳定运行。这标志着中国首台具有高重复频率、高占空比特性的太赫兹自由电子激光装置建成，我国太赫兹源正式进入自由电子激光时代。

我国首台高平均功率太赫兹自由电子激光饱和出光

由中国工程物理研究院应用电子学研究所牵头负责的高平均功率太赫兹自由电子激光装置（CTFEL装置）首次饱和出光并实现稳定运行.这标志着我国首台具有高重复频率、高占空比特性的太赫兹自由电子激光装置建成,我国太赫兹源正式进入自由电子激光时代.

高重复频率相干衍射辐射超宽谱太赫兹源

研究了一种新型相干衍射辐射(CDR)太赫兹源,该太赫兹源基于中国工程物理研究院自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)的加速器电子束束流,具有MHz量级重复频率。理论分析、数值计算和PIC模拟证明了此太赫兹源时间长度可达到ps量级,中心频率在100～400GHz可调,截止频率位于1～2THz,脉冲峰值功率可达10kW量级,平均功率可达到W量级,并且功率随束流流强成平方正比关系。

长腔CuBr激光器中的脉冲压缩

近年来,在脉冲激光泵浦的染料激光器研究中,利用长谐振腔结构压缩染料激光脉宽 引起了人们很大兴趣。实验和理论分析都证实,当染料激光器的腔长与泵浦脉冲宽度所对应的长度相近时,可以得到比通常情况下短得多的激光脉冲。 CuBr激光器具有高增益、高重复频率、高平均功率以及结构简单等优点,它和纯铜激光一样,是一种自终止式的脉冲激光器,其脉宽一般在几十毫微秒左右。由于CuBr激光器的增益时间很短。

基于Pulser/Sustainer技术的高重复频率长脉冲紫外预电离TE CO_2激光器

详细研究了一台增益体积为1.17 L,采用pulser/sustainer技术激励的高重复频率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器的运转特性。激光器最高脉冲重复频率100 Hz,输出激光脉冲半峰全宽(FWHM)约23.0μs。实验记录了稳定辉光放电与有起弧的辉光放电时激光器的放电电压/电流波形;测量得到当sustainer充电电压从12 kV到30 kV时,激光器输出脉冲能量从约0.40 J变化上升至约4.0 J,观察到在同一sustainer充电电压下,激光器输出平均功率随脉冲重复频率线性变化;监测到激光器以sustainer充电电压22 kV,重复频率100Hz连续工作10 min时,输出平均功率仅从最大257 W下降至247 W。实验数据表明,与采用低感快脉冲放电激励相比,这种新型的长脉冲TE CO2激光器具有增益开关效应小、输出动态范围大、"起弧适应性"好、输出平均功率下降慢等特点。

种子型高增益自由电子激光研究进展

高增益自由电子激光作为第四代光源的代表,其理论研究和实验装置建设都进入了一个蓬勃发展的新阶段,在这一阶段中,短波长、全相干和超短脉冲已成为自由电子激光发展的主要方向。为推进这一发展趋势,人们相继提出了多种种子型的高增益自由电子激光运行模式,并对这些模式进行了实验验证。主要针对种子型高增益自由电子激光的最新理论与实验研究的进展进行了总结和综述。

砷化镓光阴极直流高压注入器研究进展

主要介绍自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)装置上的砷化镓光阴极直流高压注入器的研究进展,并讨论其驱动未来高重复频率短波长自由电子激光器的差距。通过综合砷化镓阴极寿命的三大影响因素,提出了其工作寿命的定性物理模型;通过该模型对阴极和注入器进行优化,在直流高压电子枪上得到了5mA,32min的连续稳定输出;测量了电子束在4.8mA下归一化发射度约为4.0πmm·mrad,阴极热发射度约为0.6πmm·mrad,电子束本征横向能量约为92meV,250keV电子束在距离阴极90.6cm处纵向均方根长度约为11.5ps。这一束流状态已经基本满足FEL-THz需求。

TEACO_2激光器中使用的气体混合物研究

首先指出，He在连续和脉冲器件中所处的地位不同，从而提出，在脉冲器件中去除大量的He，添加适量的CO，也有实现高重复率、长寿命运转能可能性。实验证实了上述设想，在具有一升激活体积的器件中，使用CO2、N2、CO气体混合物，以40赫的重复频率、百瓦左右的平均功率，一次充气连续工作10^6个脉冲，能量仅衰减17％。

1.5kW新型长脉冲TE CO_2激光器

研究了一台增益体积为2.48 L,采用pulser/sustainer放电技术激励的高功率长脉冲紫外预电离TE CO2激光器的运转特性。激光器采用普通平凹稳定腔输出或光栅谐振腔调谐输出。在20～40 kPa气压范围,10～50μs放电脉冲宽度下,均获得均匀稳定的大体积辉光放电和大能量长脉冲激光输出。给出了激光器在不同脉冲宽度、不同气压下的典型放电电压、放电电流波形和详细的激光输出脉冲能量及电光转换效率数据;也给出了采用光栅谐振腔调谐输出时4条主要激光跃迁谱线的输出激光脉冲波形。工作在非调谐谐振腔和激光混合气气压30 kPa时,激光器以50.1μs放电脉冲宽度工作,单脉冲输出激光能量11.1 J,相应脉冲功率达220 kW;以31.6μs放电脉冲宽度150 Hz高重复频率工作输出平均功率达1.52 kW,相应平均脉冲能量10.0 J,脉冲功率超过300 kW。

长脉冲Nd:YAG激光器的实验研究

报道重复频率 １ｋ Ｈｚ 的长脉冲 Ｎｄ： Ｙ Ａ Ｇ 激光器，实验研究了氪灯的发光特性和激光脉冲特性。当激光的重复频率为 １ｋ Ｈｚ、占空比为 ５０％ 时，激光平均功率为 ６３ Ｗ ，峰值功率为 １２６ Ｗ 。

1.3 GHz连续波超导射频腔的数字低电平系统和模拟腔研究

上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置的超导射频(Radio Frequency,RF)腔需要高精度射频低电平(Low Level Radio Frequency,LLRF)系统,以稳定腔场的幅度和相位。但是,由于1.3 GHz连续波超导射频腔的高负载品质因数,腔体在电磁频域中的带宽较小。在加速器老练或重启过程中,超导腔相对较小的失谐就会有较大的反射电压,触发联锁保护系统,导致腔体难以馈入功率。为此将自激励(Self-Excited Loop,SEL)控制系统被引入到低电平控制系统中,以防止这种情况的发生;同时把发生器驱动系统(Generator Driven Resonator,GDR)低电平控制系统加载到加速器正常工作状态。此外,开发了数字模拟腔用来验证LLRF系统的设计算法,减少了在真实腔体中测试损害腔体的风险,节省机器时间和调试成本。研究结果表明:即使腔体失谐,SEL控制系统依然可以使腔场幅度稳定到设定值,且反射电压较小。经过比较和验证,数字模拟腔被证明是测试新的低电平算法的可靠平台。