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第一章自由电子激光器基本结构1

§1.1引言1

目录1

§1.2加速器2

1.2.1脉冲线加速器2

1.2.2直线加速器4

1.2.3电子感应加速器和电子同步加速器6

1.2.4范德格拉夫静电加速器9

§1.3摇摆器10

1.2.5储存环10

1.3.1静磁摇摆器11

1.3.2其它类型摇摆器12

§1.4束—波互作用腔13

1.4.1光学腔13

1.4.2微波腔14

2.2.1静磁摇摆器中相对论性多普勒频移15

§2.2自发辐射频率的相对论性多普勒频移15

§2.1引言15

第二章自由电子激光原理与特性15

2.2.2电磁波摇摆器中相对论性多普勒频移18

§2.3摇摆器的能量耦合功能18

2.3.1高能量低密度电子束情况18

2.3.2低能量高密度电子束情况19

§2.4自发辐射与受激辐射——麦迪定理20

§2.5波导型FEL中辐射机制识别21

§2.6自由电子激光简史及分类23

第三章相对论性电子在摇摆器及导引磁场中的运动25

§3.1引言25

§3.2三维运动分析25

3.2.1摇摆器磁场的数学表达式25

3.2.2运动方程及讨论26

3.2.3采用等效场的运动轨道28

3.2.4等效螺旋轨道30

3.3.1有自身场时的基本方程31

§3.3螺旋线轨道的稳定性31

3.3.2螺旋线轨道对应的参量条件32

3.3.3螺旋线轨道的稳定性判据33

§3.4电子在电磁波摇摆器中的三维运动35

3.4.1线性计算36

3.4.2非线性分析38

3.4.3讨论40

§3.5电子相轨道的Poincare图象41

3.5.1哈密顿系统的可积性问题41

3.5.2正向导引磁场情况43

3.5.3反向导引磁场情况48

§3.6摇摆嚣入口区绝热压缩作用49

第四章光学腔自由电子激光KMR理论52

§4.1引言52

4.1.1分析力学中常用公式52

4.1.2电磁场中基本公式53

4.2.1场的数学表达式54

§4.2电子在泵场与激光场中的运动54

4.2.2电子的拉格朗日函数及哈密顿函数55

4.2.3正则方程57

§4.3电子束与激光场之间的能量交换60

4.3.1从玻印廷矢量分析换能关系60

4.3.2从波动方程分析换能关系61

§4.4电子与激光场的同步作用64

4.4.1同步电子与非同步电子64

4.4.2陷落电子与非陷落电子66

4.4.3摆方程67

4.4.4相包参数67

4.4.5绝热不变量69

§4.5常参量摇摆器自由电子激光69

4.5.1基本方程69

4.5.2增益公式71

4.5.3工作条件73

§4.6麦迪定理73

4.6.1一阶近似计算74

4.6.2二阶近似计算75

第五章波导腔自由电子激光色散特性77

§5.1引言77

§5.2色散方程77

5.2.1数学物理模型77

5.2.2扰动速度78

5.2.3色散方程80

§5.3不稳定性分析81

5.3.1自由电子激光模81

5.3.2回旋谐振—自由电子激光混合模82

§5.4色散曲线83

第六章变参数摇摆器自由电子激光器及其非线性数值模拟85

§6.1引言85

§6.2变参数摇摆器放大效率原理85

§6.3变参数摇摆器光学腔自由电子激光器86

6.3.1有源波方程86

6.3.2电子的动力学行为88

6.3.4波方程中横模选择89

6.3.3能量守恒表达式89

6.3.5模拟计算速度及算例90

§6.4变参数摇摆器波导腔自由电子激光器91

6.4.1基本方程组91

6.4.2数值计算方法93

6.4.3算例94

§6.5非线性数值模拟的简化方法96

6.5.1简化方程组96

6.5.2与实验及§6.4比较98

第七章无摇摆器自由电子激光器102

§7.1引言102

§7.2电磁辐射的相对论性多普勒频率上移103

§7.3平面波型无摇摆器自由电子激光器105

7.3.1基本方程及扰动量105

7.3.2电子束的能量改变量108

7.3.3波增益及工作条件108

§7.4导波型无摇摆器自由电子激光器中能量转换及增益公式109

7.4.1放大器110

7.4.2振荡器113

§7.5大回旋轨道无摇摆器自由电子激光器116

7.5.1基本原理116

7.5.2动力学分析116

7.5.3非线性分析119

§8.2静磁摇摆器情况下的三波互作用124

8.2.1物理模型124

§8.1引言124

第八章自由电子激光器中的三波互作用124

8.2.2一阶与二阶扰动量125

8.2.3色散特性与增益127

8.2.4讨论128

§8.3电磁波摇摆嚣情况下的三波互作用129

8.3.1基本方程129

8.3.2波的线性色散与非线性增长131

8.3.3爆炸不稳定性134

9.2.1康普顿型FEL实验136

§9.2横向静磁摇摆器（常参量）FEL实验136

§9.1引言136

第九章自由电子激光实验136

9.2.2拉曼型FEL实验138

§9.3角向和纵向静磁摇摆器FEL实验140

9.3.1角向静静磁摆器FEL实验140

9.3.2纵向静磁摇摆器FEL实验141

§9.4变参数静磁摇摆器FEL实验143

§9.5电磁波摇摆器FEL实验144

§9.6无摇摆器FEL实验145

第十章自由电子激光应用及发展趋势147

§10.1自由电子激光应用147

§10.2自由电子激光发展趋势148

附录物理学中的基本常数、量纲、单位和公式150

一、物理常数150

二、量纲与单位152

三、电学和磁学155

四、各种单位制中的电磁学公式155