用于产生调制束团的狭缝掩模束流压缩器的理论与数值分析

电子束上的密度调制可以改善束流驱动加速器和具有共振束波耦合的FELs的机器性能。本文利用解析模型和模拟方法，结合费米实验室加速器科学与技术（FAST）设施的束流参数，研究了通过带掩模的束流压缩器实现的束流调制。在束流压缩器设计参数（偏转角18°，偏转半径0.95 m，R56 ~ - 0.19 m）和3 ps束团长度的标称束流下，解析模型表明，狭缝周期900 μm、孔径宽度300 μm的狭缝掩模会对具有2.4%关联能散的束流产生束团间距约100 μm的调制。使用设计的狭缝掩模和3 ps束流，包含非线性能量分布、空间电荷力和相干同步辐射（CSR）效应的粒子模拟（PIC）同样得到了束团间距约100 μm的束流调制，对应调制频率为3 THz。通过跟踪代码Elegant，在三种不同束流条件2.25 ps (0.25 nC)、3.25 ps (1 nC)和4.75 ps (3.2 nC)下对束流调制进行了广泛检验。模拟分析表明，由狭缝掩模切分、具有3 ~ 6%关联能散的束流的调制长度分别约为187 μm (0.25 nC)、270 μm (1 nC)和325 μm (3.2 nC)。理论与数值数据证明了所设计的掩模束流压缩器产生微束团长度约100 fs的调制束团串的能力。