《X射線自由電子激光物理導論》描述了X射線波段自由電子激光（free electron laser，F(xiàn)EL）的興起與發(fā)展，論述了電子束通過波蕩器時發(fā)出的電磁輻射，介紹了低增益 FEL 理論；也論述了高增益 FEL理論中的基本知識，包括微群聚概念以及麥克 斯韋波動方程和弗拉索夫方程基本思想，同時根據(jù)傅里葉-拉普拉斯變換 來研究三維情況下的高增益 FEL 理論，可以考察電子回旋加速、橫向效應 對增益長度的影響，可用于 FEL 功率飽和的非線性區(qū)。在第6章中，討論了一維近似下處理高增益 FEL 的問題，推導了一階耦合方程以及三階方程， 以明了 FEL 物理過程，該三階方程在 FEL 物理的線性區(qū)有效，此區(qū)的輸出 電場與輸入電場呈線性關系。在第 8 章簡單地介紹了激光同步輻射光源。
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目錄
序
第1章 引言 1
參考文獻 9
第2章 波蕩器輻射 11
2.1 電子軌道 11
2.1.1 螺旋型波蕩器中的電子軌道 12
2.1.2 平面波蕩器中的電子軌道 14
2.2 回旋振蕩運動 16
2.2.1 平面波蕩器中電子的回旋振蕩運動 17
2.2.2 曲面波蕩器中電子的回旋振蕩運動 19
2.3 波蕩器輻射及其譜形 21
2.4 波蕩器輻射的角寬度 31
2.5 高次諧波 32
2.6 小結 35
參考文獻 35
第3章 低增益 FEL 理論 37
3.1 電子束與光波的能量交換 38
3.2 電子束團內坐標 42
3.3 FEL 擺方程 44
3.4 相空間處理和 FEL 桶 47
3.5 高次諧波與修正波蕩器參量K 49
3.6 譜形 51
3.7 低增益 FEL 的小增益 52
3.8 小結 54
參考文獻 55
第4章 高增益 FEL 理論基本知識 56
4.1 微群聚的基本知識 56
4.2 麥克斯韋方程和電場波動方程 61
4.3 高增益 FEL 中電場波動方程的簡化 62
4.4 電子分布函數(shù)和弗拉索夫方程 65
參考文獻 68
第5章 高增益 FEL 理論 (I) 69
5.1 高增益 FEL 擺方程 69
5.2 耦合麥克斯韋–弗拉索夫方程 72
5.3 高增益 FEL 一維理論 77
5.4 FEL 一維理論的初值問題 81
5.4.1 FEL 放大器情況 81
5.4.2 SASE-FEL 情況 85
5.5 高增益 FEL 三維理論 94
5.6 回旋振蕩對高增益 FEL 的影響 101
5.7 高增益 FEL 相干性 114
5.8 小結 116
參考文獻 118
第6章 高增益 FEL 理論 (II) 119
6.1 FEL 中電場波動方程的簡化形式 119
6.2 FEL 中縱向電場及其與橫向電場的關系 122
6.3 高增益 FEL 的擺方程 (一階耦合方程) 123
6.4 電子分布函數(shù)和弗拉索夫方程 128
6.5 高增益 FEL 電場的積分微分方程和三階方程 131
6.6 高增益 FEL 電場三階方程之解 133
6.6.1 單能共振、無空間電荷效應的理想情況 133
6.6.2 單能非共振、不考慮空間電荷效應情況 134
6.7 高增益 FEL 的飽和 140
6.8 高增益 FEL 的線性區(qū)和非線性區(qū) 142
6.9 微群聚的模擬結果 145
6.9.1 空間電荷結構的變化情況 145
6.9.2 FEL 增益過程中的相位演變 149
6.10 高增益 FEL 電場的積分微分方程的低增益極限 154
6.11 高增益 FEL 增益函數(shù)及譜帶寬度 155
6.12 小結 158
參考文獻 158
第7章 FEL 亮度和電子束參量要求 159
7.1 亮度 159
7.2 束電子能量 163
7.3 束電流 165
7.4 束能散度 168
7.5 發(fā)射度 169
7.6 自發(fā)波蕩器輻射和量子效應 175
7.7 非理想因素影響匯總 178
參考文獻 179
第8章 激光同步輻射光源 181
8.1 簡述 182
8.2 強激光場中的電子運動 184
8.3 散射輻射 188
8.3.1 線偏振情況 189
8.3.2 圓偏振情況 196
8.4 散射輻射的性質 198
8.4.1 輻射功率 198
8.4.2 共振函數(shù)性質 199
8.4.3 超強行為 201
8.5 散射輻射的非理性效應 206
8.5.1 電子束能散度 206
8.5.2 電子束能量損失 207
8.6 激光同步輻射的通量和亮度 207
8.7 小結 209
參考文獻 211
致謝 213
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