软 X 射线自由电子激光器的双簧种子化

种子化自由电子激光器（FEL）在极端紫外线和软 X 射线领域展现出良好的性能，并被成功应用于 various user experiments。在本文中，提出了一种简单修改的种子化方案，依赖于生成两个紧密 spaced 的簧束（bunch），其属性差异很大：一个低电流种子簧束，以及一个高电流簧束，用于放大相干辐射，由种子簧束产生。该方法消除了不同限制，并在一定程度上减轻了标准方案中的一些有害影响。特别是，可以在简单高增益谐波生成（HGHG）方案中，使用适度的激光功率生成非常高的谐波数。或者，在谐波数适中的情况下，可以显著降低所需的激光功率，从而简化高重复速率种子 FEL 的设计。束流动力学效应（如电子束纵向相空间的非线性、相干 synchrotron 辐射、纵向 space charge、几何 wakefield、微簧不稳定性等）对输出辐射特性（频谱展宽、脚部、稳定性）的影响，在本方案中可在很大程度上被减轻。本文通过针对 FLASH 这一软 X 射线用户设施的真实 start-to-end 模拟，说明了双簧种子化方案在 HGHG 配置下的运行情况。我们表明，可在现有紧凑型 undulator 系统设计下，在 4 nm 处生成接近傅里叶极限的多吉瓦脉冲。以每秒数千脉冲的速率，这将成为光子科学的独特来源。