[论文解读] Status of polarization control experiment at Shanghai deep ultraviolet free electron laser

Haixiao Deng, Tong Zhang+16 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2012

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文介绍了上海深紫外自由电子激光（S-DUV FEL）试验装置中偏振控制实验的设计与现状，采用一对交叉平面波荡器配合电磁相位移器，生成完全相干的圆偏振辐射。模拟结果表明，该系统可实现100 nJ脉冲能量、5 ps脉冲宽度，且圆偏振度超过90%，展示了实现可调谐、高质量自由电子激光辐射并实现偏振控制的可行路径。

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.

研究动机与目标

• 开发一种在深紫外波段生成完全相干、可调谐圆偏振辐射的自由电子激光方法。
• 基于交叉平面波荡器与电磁相位移器，设计并实现偏振控制系统。
• 实现高偏振度（>90%），并获得稳定、相干的输出，适用于先进科学应用。
• 通过数值模拟验证物理设计，并为S-DUV FEL试验装置中的实验实现做好准备。
• 实现未来在深紫外波段对偏振态可控的应用需求。

提出的方法

• 使用一对交叉平面波荡器，生成具有正交偏振态的横向电磁模。
• 在两个波荡器之间放置电磁相位移器，以控制两个正交模之间的相对相位。
• 通过调节相位差，相位移器可实现从线性偏振到圆偏振的动态调谐。
• 进行数值模拟，以建模在各种工作条件下FEL增益、辐射功率和偏振特性。
• 系统设计为自种子模式运行，以增强时间与光谱相干性。
• 优化物理布局与部件公差，以保持高偏振纯度与脉冲质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 带有相位移器的交叉波荡器结构是否可在深紫外波段产生完全相干、且具有高圆偏振度的辐射？
• RQ2 相位移器与波荡器几何结构的最佳参数是什么，以实现>90%的圆偏振度？
• RQ3 在保持高偏振纯度的前提下，可实现的脉冲能量与脉冲宽度是多少？
• RQ4 相位移器如何影响输出辐射的时间与光谱特性？
• RQ5 该系统能否基于当前S-DUV FEL试验装置的基础设施实现实验验证？

主要发现

• 该系统可产生完全相干的辐射，脉冲能量约为100 nJ。
• 模拟脉冲宽度为5皮秒，适用于超快科学应用。
• 圆偏振度超过90%，表明实现了高质量的偏振控制。
• 数值模拟证实，通过交叉波荡器之间的相位移器可实现稳定、可调谐的圆偏振。
• 物理设计已取得良好进展，详细的实验实施准备工作正在推进中，适用于S-DUV FEL试验装置。
• 结果表明，该方案为实现高亮度、完全偏振的深紫外FEL辐射提供了极具前景的路径。