太赫兹 X 射线自由电子激光器中可变偏振态的产生

太赫兹 X 射线自由电子激光器 (XFELs) 代表了 X 射线源进一步发展的前沿，要求实现高电流密度和强横向聚焦。在本文中，我们考察了 TW XFELs 在产生更短波长和更高能量光子的谐波方面的意义和潜力，以及可变偏振态。仿真结果表明，在 XFEL 共振的高次谐波处可实现显著功率水平，这些 XFEL 可作为硬 X 射线通过伽马射线光谱的重要相干源。为此，我们采用 MINERVA 仿真代码，其自洽地包括谐波产生。讨论了螺旋形和平面无定穿器，其中基频为 1.5 {\AA}，并研究相关的谐波产生。虽然在基频实现 TW 功率需要使用渐变无定穿器，但该渐变在基频饱和前必须开始，而谐波在达到此点之前就会饱和。尽管如此，谐波仍可实现显著功率。仿真表明，对于所考虑的参数，第五谐波处的峰值功率可达约 180 MW，光子能量约为 41 keV，仍可在显著功率下生成更高次谐波。此类高次谐波功率必然将启用大量增强应用。