单遍THz自由电子激光中局部束群因子的影响

在现代自由电子激光（FEL）的仿真中，shot噪声发挥关键作用。虽然shot噪声与电子数目成反比，但通常使用macroparticles进行建模，其束群因子对应于实际电子数更大的数值的束群因子。对于短波长FEL，macroparticles被假设均匀分布在共振波长尺度上，因为shot噪声支配初始辐射——例如，在自发辐射（SASE） regime中。在本文中，我们表明这一假设在较长波长（尤其是THz范围）并不成立，此时束群电流轮廓在共振波长尺度内并不均匀。相反，电流轮廓支配初始束群因子，这些因子可比shot噪声高出多个数量级。我们推导了针对高斯分布的slice-based束群因子和束群相位，并与shot噪声进行了比较，假设每个slice内的电流保持恒定。以DESY Zeuthen（PITZ）THz FEL为案例研究，through simulations在极低束群电荷下（可建模完整电子数）对实际电流轮廓的影响进行了基准测试。额外的在PITZ THz FEL nominal working parameters下的仿真与实验数据进行了比较，结果表明，考虑实际电流轮廓时模型与实验数据的吻合度更好。