级联HGHG自由电子激光理论与实验研究

高增益自由电子激光（FEL）是正在迅猛发展的一种先进光源，它利用高亮度电子束通过高精度波荡器来产生超高亮度、相干且波长可调（从紫外到硬X射线）的超短脉冲激光（飞秒量级）。FEL的优异性能尤其适于研究极小的物质结构和超快的物理化学过程，将为科学研究带来革命性的变化，开辟出新的领域。相比基于自发辐射噪声放大的SASE，HGHG具有中心波长与输出能量稳定、带宽窄和纵向相干性更好的优势。因为种子激光工作在紫外波段，所以为了要获得X波段的FEL，须采用级联HGHG工作模式。虽然HGHG的工作原理已在紫外波段得到实验验证，但两级及其以上的级联HGHG尚未在实验上验证，其中若干关键理论和实验问题还需进行深入和系统的研究，最为重要的是实验验证两级级联HGHG的机理和掌握所需的高精度激光电子束同步技术，从理论和实验上掌握级联HGHG FEL辐射特性。这两方面构成了本项目的研究目标及内容。

高增益自由电子激光（FEL）是正在迅猛发展的一种先进光源，它利用高亮度电子束通过高精度波荡器来产生超高亮度、相干且波长可调（从紫外到硬X射线）的超短脉冲激光（飞秒量级）。FEL的优异性能尤其适于研究极小的物质结构和超快的物理化学过程，将为科学研究带来革命性的变化，开辟出新的领域。目前高增益FEL有多种运行模式，其中级联HGHG模式被认为是产生全相干软X射线超短脉冲辐射的最有效的方案，其物理核心是“束团刷新技术”。为研究级联HGHG的基本原理和辐射光的特性，本项目基于上海深紫外FEL装置（SDUV-FEL）开展了两级级联HGHG的理论研究和原理验证性实验，对SDUV装置进行了系统的改造，用理论和模拟的方法设计了实验方案，于世界上首次实现了级联HGHG的原理性验证，验证了“束团刷新技术”的可行性，得到了级联HGHG的输出辐射信号。于世界上首次实现了第一级HGHG输出波长的连续调谐，研究了其辐射特性，细致研究了滑移效应对辐射光品质的影响，得到了与理论预期一致的实验结果。经过三年时间的理论与实验研究，目前已完成了本项目的任务，为未来上海软X射线FEL的建设打下了很好基础。