二维光学晶格中电子束的横向约束用于紧凑相干X射线源
加速器物理
2021-12-01 v2 应用物理
计算物理
摘要
紧凑相干X射线源一直是过去数十年广泛研究的焦点。因此，多种新型方案如用于“桌面”装置中产生X射线辐射的光学和纳米扭摆器被提出、开发并评估。尽管过去数十年付出了广泛努力，目前仍没有基于光学或电磁扭摆器的运行自由电子激光(FEL)。通过将光学腔的粒子约束能力与光学扭摆器内的摆动运动相结合，本文提出了一种制造紧凑相干X射线源的新概念。基于时域有限差分与粒子网格法(FDTD/PIC)的从第一性原理方程的全波求解被用于模拟自由与约束电子的逆康普顿散射(ICS)。结果表明，低能电子束（5 MeV）中的强空间电荷效应是通过10微米激光的ICS机制获取相干增益的主要障碍。随后表明，通过将电子束约束在光学腔的场节点处，空间电荷效应得到补偿，并且此外，超高电荷密度在约束点处实现了高FEL增益。全波数值模拟预测，与自由电子相比，利用约束电子进行ICS时辐射效率提升约三个数量级。这些理论结果显示了作为实现紧凑相干X射线源新方案的广阔潜力。
引用
@article{arxiv.2104.11586,
title = {Transverse Confinement of Electron Beams in a 2D Optical Lattice for Compact Coherent X-Ray Sources},
author = {Arya Fallahi and Niels Kuster and Lukas Novotny},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.11586},
year = {2021}
}
备注
15 pages and 11 figures