[논문 리뷰] Status of polarization control experiment at Shanghai deep ultraviolet free electron laser

Haixiao Deng, Tong Zhang외 16명|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 13.

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 상하이의 딥 엑스트라버레이저(Deep Ultraviolet) 자유전자 레이저(S-DUV FEL) 시험 시설에서 편광 제어 실험의 설계 및 현황을 제시한다. 교차 평면 유도자와 전자기적 단계 이동 장치를 이용하여 완전히 간섭가능하고 원형 편광된 복사를 생성한다. 시뮬레이션 결과 시스템은 100 nJ 펄스 에너지, 5 ps 펄스 지속시간, 90% 이상의 원형 편광도를 생성할 수 있으며, 조절 가능한 편광을 갖춘 고품질 FEL 복사로의 실현 가능성을 입증한다.

ABSTRACT

A polarization control experiment by utilizing a pair of crossed undulators has been proposed for the Shanghai deep ultraviolet free electron laser test facility. Numerical simulations indicate that, with the electromagnetic phase-shifter located between the two crossed planar undulators, fully coherent radiation with 100 nJ order pulse energy, 5 picoseconds pulse length and circular polarization degree above 90% could be generated. The physical design study and the preparation status of the experiment are presented in the paper.

연구 동기 및 목표

• 자유전자 레이저를 이용해 깊은 자외선 영역에서 완전히 간섭가능하고 조절 가능한 원형 편광 복사를 생성하는 방법을 개발하기 위해.
• 전자기적 단계 이동 장치를 갖춘 교차 평면 유도자 기반의 편광 제어 시스템을 설계하고 구현하기 위해.
• 안정적이고 간섭가능한 출력을 제공하는 고도의 편광도(>90%)를 달성하기 위해.
• 수치 시뮬레이션을 통해 물리적 설계를 검증하고 S-DUV FEL 시험 시설에서의 실험적 실현을 준비하기 위해.
• 깊은 자외선 스펙트럼 영역에서 제어 가능한 편광 상태가 필요한 향후 응용을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 교차 평면 유도자를 사용하여 상호 수직인 편광 상태를 갖는 횡방향 전자기 모드를 생성한다.
• 두 유도자 사이에 전자기적 단계 이동 장치를 배치하여 두 수직 모드 간의 상대적 단계를 제어한다.
• 단계 이동 장치를 조절하여 선형에서 원형 편광 상태로의 동적 조정이 가능하다.
• 다양한 운영 조건 하에서 FEL 이득, 복사 전력 및 편광 특성을 모델링하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행한다.
• 시간적 및 스펙트럼 간섭가용도를 향상시키기 위해 자가시드 모드로 작동하도록 설계된다.
• 고도의 편광 순도와 펄스 품질을 유지하기 위해 물리적 레이아웃과 부품 허용 오차를 최적화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단계 이동 장치를 갖춘 교차 유도자 구조는 깊은 자외선 영역에서 완전히 간섭가능한 복사와 고도의 원형 편광도를 생성할 수 있는가?
• RQ2 90% 이상의 원형 편광도를 달성하기 위해 최적의 단계 이동 장치 및 유도자 기하학적 매개변수는 무엇인가?
• RQ3 고도의 편광 순도를 유지하면서 도달할 수 있는 펄스 에너지와 지속시간은 얼마인가?
• RQ4 단계 이동 장치는 출력 복사의 시간적 및 스펙트럼적 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 현재 S-DUV FEL 시험 시설 인프라로 시스템을 실험적으로 실현할 수 있는가?

주요 결과

• 시스템은 약 100 nJ의 펄스 에너지를 갖는 완전히 간섭가능한 복사를 생성할 수 있다.
• 시뮬레이션된 펄스 지속시간은 5 피코초로 초고속 과학 응용에 적합하다.
• 원형 편광도는 90%를 초과하여 고품질의 편광 제어를 나타낸다.
• 수치 시뮬레이션은 교차 유도자 사이의 단계 이동 장치를 이용한 안정적이고 조절 가능한 원형 편광의 실현 가능성을 확인한다.
• 물리적 설계는 매우 발전되어 있으며, S-DUV FEL 시험 시설에서의 실험적 구현을 위한 준비가 진행 중이다.
• 결과는 고광도, 완전히 편광된 깊은 자외선 FEL 복사를 생성하는 데 있어 유망한 길을 보여준다.