O VLIYaNII KhARAKTERISTIK ELEKTRONNOGO PUChKA NA IZLUChENIE GARMONIK ODNOPROKhODNYKh LAZEROV NA SVOBODNYKh ELEKTRONAKh

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В настоящее время во многих областях науки и техники все шире применяется когерентное излучение лазеров на свободных электронах (ЛСЭ). В прикладных и теоретических исследованиях важным эффектом является нелинейная генерация второй гармоники в материалах и на поверхностях как реакция на их облучение. В качестве источников света используют ЛСЭ, которые генерируют когерентное излучение в диапазоне от видимого до рентгеновского. При этом вторая гармоника собственно источника, ЛСЭ, является нежелательной, так как она маскирует исследуемый отклик на той же частоте. Нами аналитически исследуется влияние параметров электронного пучка на излучение ЛСЭ; проводится исследование генерации гармоник, в особенности второй; анализируются основные факторы, вызывающие появление второй гармоники в спектре ЛСЭ. Выясняется влияние параметров пучка: сечения, эмиттанса, параметров Твисса и разброса энергии, по отдельности и вместе на длину усиления и генерацию гармоник ЛСЭ на примере хорошо документированного ЛСЭ LEUTL. Анализируется влияние этих параметров на мощности излучения гармоник, в особенности второй. Исследуется также влияние гармоники поля ондулятора на излучение гармоник ЛСЭ. Предлагается повысить разброс энергий электронов в два раза до максимально возможного значения, обеспечивающего группировку электронов и одновременно уменьшение содержания второй гармоники в спектре ЛСЭ на один-два порядка. Также предлагается использовать слабую гармонику поля ондулятора с той же целью - подавить гармонику ЛСЭ.

About the authors

K. V. Zhukovskiy

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет

Email: zhukovsk@physics.msu.ru
Москва, Россия

References

  1. В.Л. Гинзбург, Изв.АН СССР (Физика) 11, 165 (1947).
  2. H. Motz, W. Thon, and R.N. J. Whitehurst, Appl. Phys. 24, 826 (1953).
  3. J.M. Madey, J.Appl.Phys. 42, 1906 (1971).
  4. G. Margaritondo, Rivista del Nuovo Cimento 40, 411 (2017).
  5. В. Г. Багров, Г.С. Бисноватый-Коган, В.А. Бордовицын и др., Теория излучения релятивистских частиц, Физматлит, Москва (2002).
  6. И.М. Тернов, В. В. Михайлин, В.Р. Халилов, Синхротронное излучение и его применения, Изд-во МГУ, Москва (1980).
  7. G. Margaritondo, Characteristics and Properties of Synchrotron Radiation, in Synchrotron Radiation, ed. by S. Mobilio, F. Boscherini, and C. Meneghini, Springer, Berlin, Heidelberg (2015).
  8. B.W. J. McNeil and N.R. Thompson, Nature Photonics 4, 814 (2010).
  9. C. Pellegrini, A. Marinelli, and S. Reiche, Rev.Mod. Phys. 88, 015006 (2016).
  10. P. Schmuser, M. Dohlus, J. Rossbach, and C. Behrens, Free-Electron Lasers in the Ultraviolet and XRay Regime, Springer Tracts Mod. Phys., 258, Cham (ZG): Springer Int.Publ. (2014).
  11. Z. Huang and K. J. Kim, Phys.Rev. ST Accel.Beams 10, 034801 (2007).
  12. G. Margaritondo and P.R. Ribic, J. Synchrotron Rad. 18, 101 (2011).
  13. E. L. Saldin, E.A. Schneidmiller, and M.V. Yurkov, The Physics of Free Electron Lasers, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2000).
  14. R. Bonifacio, C. Pellegrini, and L. Narducci, Opt. Comm. 50, 373 (1984).
  15. T. Sumi, M. Horio, T. Senoo et al., E-J. Surf. Sci.Nanotech. 20, 31 (2021), doi: 10.1380/ejssnt.2022-002.
  16. S. Shwartz, M. Fuchs, J. B. Hastings et al., Phys.Rev. Lett. 112, 163901 (2014).
  17. S. Yamamoto, T. Omi, H. Akai et al., Phys.Rev. Lett. 120, 223902 (2018).
  18. E. Berger, S. Jamnuch, C. Uzundal et al., arXiv: 2010.03134.
  19. R.K. Lam, S. L. Raj, T.A. Pascal et al., Phys.Rev. Lett. 120, 023901 (2018).
  20. L. Wu, S. Patankar, T. Morimoto et al., Nature Phys. 13, 350 (2016).
  21. M. Nuriya, S. Fukushima et al., Nature Commun. 7, 11557 (2016).
  22. C. P. Schwartz, S. L. Raj, S. Jamnuch et al., arXiv: 2005.01905.
  23. P. J. Campagnola and L.M. Loew, Nature Biotechnol. 21, 1356 (2003).
  24. T. Helk, E. Berger, S. Jamnuch et al., Sci.Adv. 7, 2265 (2021).
  25. G. Boyd, T. Bridges, and E. Burkhardt, IEEE J.Quant.Electron. 4, 515 (1968).
  26. G.C. Bhar, S. Das, and K. L. Vodopyanov, Appl. Phys.B 61, 187 (1995).
  27. K. Zhukovsky, Opt. Laser Technol. 131, 106311 (2020).
  28. K. Zhukovsky, Eur.Phys. J. Plus 136, 714 (2021).
  29. K. Zhukovsky, Ann.Phys. 533, 2100091 (2021).
  30. K. Zhukovsky, Rad.Phys.Chem. 189, 109698 (2021).
  31. K. Zhukovsky, Opt. Laser Technol. 143, 107296 (2021).
  32. K. Zhukovsky, Results Phys. 19, 103361 (2020).
  33. K. Zhukovsky and I. Fedorov, Symmetry 13, 135 (2021).
  34. J.R. Henderson, L.T. Campbell, H.P. Freund, and B.W. J. McNeil, New J. Phys. 18, 062003 (2016).
  35. H.P. Freund, P. J.M. van der Slot, D. L.A.G. Grimminck et al., New J. Phys. 19, 023020 (2017).
  36. H.P. Freund and P. J.M. van der Slot, New J.Phys. 20, 073017 (2018).
  37. P. Emma, R. Akre, J. Arthur et al., Nature Photonics 4, 641 (2010).
  38. D. Ratner, A. Brachmann, F. J. Decker et al., Phys.Rev. ST Accel.Beams 14, 060701 (2011).
  39. S.V. Milton, E. Gluskin, N.D. Arnold et al., Science 292, 2037 (2001).
  40. S.G. Biedron et al., Nucl. Instrum.Meth.A 483, 94 (2002).
  41. L. Giannessi et al., Phys.Rev. ST Accel.Beams 14, 060712 (2011).
  42. К.В.Жуковский, Изв. вузов. Физика 62, 109 (2019) [K.V. Zhukovsky, Russ.Phys. J. 62 (6), 1043 (2019)].
  43. H.P. Freund and P. J.M. van der Slot, J. Phys.Commun. 5, 085011 (2021).
  44. K. Zhukovsky and A. Kalitenko, J. Synchrotron Rad. 26, 159 (2019).
  45. К.В.Жуковский, А.М. Калитенко, Изв. вузов. Физика 62, 153 (2019) [K.V. Zhukovsky and A.M. Kalitenko, Russ.Phys. J. 62 (2), 354 (2019)].
  46. К.В.Жуковский, УФН 191, 318 (2021) [K.V.Zhukovsky, Physics-Uspekhi 64, 304 (2021)].
  47. B. Prakash, V. Huse, M. Gehlot, and G. Mishra, Optik 127, 1639 (2016).
  48. V. L. Bratman, N. S. Ginzburg, and M. I. Petelin, Opt.Comm. 30, 409 (1979).
  49. M. Xie, Nucl. Instrum.Meth.A 445, 59 (2000).
  50. M. Xie, Proc. 1995 Particle Accelerator Conf., IEEE, Piscataway, NJ, 183 (1995).
  51. G. Dattoli, P. L. Ottaviani, and S. Pagnutti, J.Appl. Phys. 97, 113102 (2005).
  52. G. Dattoli, L. Giannessi, P. L. Ottaviani, and C. Ronsivalle, J.Appl.Phys. 95, 3206 (2004).
  53. L. Giannessi, Seeding and Harmonic Generation in Free-Electron Lasers, Synchrotron Light Sources and Free-Electron Lasers, ed. by E. J. Jaeschke et al., Switzerland, Springer Int.Publ. (2016), DOI: 10.1007/ 978-3-319-14394-1_3.
  54. Z. Huang and K.-J. Kim, Nucl. Instrum.Meth.A 475, 112 (2001).
  55. G. Geloni, E. Saldin, E. Schneidmiller, and M. Yurkov, Opt.Comm. 271, 207 (2007).
  56. K. Zhukovsky, I. Fedorov, and N. Gubina, Opt. Laser Technol. 159, 108972 (2023).
  57. K. Zhukovsky, Europhys. Lett. 141, 45002 (2023).
  58. К.В.Жуковский, ЖЭТФ 164, 315 (2023) [K.V. Zhukovsky, JETP 137, 271 (2023)].
  59. A.V. Savilov and G. S. Nusinovich, Phys.Plasmas 14, 053113 (2007).
  60. D.D. Krygina, N.Y. Peskov, and A.V. Savilov, Frequency Multiplication in a Powerful Terahertz FreeElectron Maser, 2021 46th Int.Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), Chengdu, China (2021), doi: 10.1109/IRMMWTHz50926.2021.9567533.
  61. A.V. Savilov and G. S. Nusinovich, Phys.Plasmas 15, 013112 (2008).
  62. А.М. Калитенко, К.В.Жуковский, ЖЭТФ 157, 394 (2020) [A.M. Kalitenko and K.V. Zhukovskii, JETP 130, 327 (2020)].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences