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第一章　引论1

1.1自由电子激光的新颖特性1

1.1.1　激光输出功率高1

1.1.2　激光波长连续可调2

1.1.3　光束质量好3

1.1.4　精细而稳定的时间结构3

1.1.5　激光效率高4

1.2 自由电子激光发展简史4

1.3 自由电子激光国内外研究动态7

1.3.1　提高电子束品质12

1.3.2　采用电子储存环进行超短波长自由电子激光研究16

1.3.3　改进摇摆器设计18

1.3.4　光学谐振腔的研究19

1.3.5 自由电子激光应用技术的研究19

1.3.6　其它方面的研究工作19

第二章自由电子激光的基础理论22

2.1 自由电子激光的一维理论22

2.1.1 自由电子激光的共振关系22

2.1.2　摇摆器的能量耦合功能26

2.1.3　电子在摇摆器中的自发辐射29

2.1.4　在摇摆器中电子和激光的相互作用35

2.1.5 自由电子激光的小讯号增益41

2.1.6　自由电子激光的指数增益48

2.1.7 自由电子激光的功率饱和现象50

2.1.8 自由电子激光中的边带不稳定性57

2.1.9　边带不稳定性的KMR理论60

2.2 自由电子激光的三维理论65

2.2.1 自由电子的回旋加速（Betatron）运动66

2.2.2　电子束的发射度和亮度69

2.2.3　电子束的包络方程73

2.2.4　电子的纵向运动方程78

2.2.5　等效能散度80

2.2.6　旁轴波动方程82

2.2.7 自由电子激光中的光导现象87

2.2.8　带波导管的自由电子激光94

2.3 自由电子激光中的集体效应97

2.3.1　集体效应的线性理论97

2.3.2　线性理论的色散关系100

2.3.3　不同工作区的固有效率103

3.2　康普顿型自由电子激光107

3.2.1　一般叙述107

3.1　引言107

第三章自由电子激光器的基本类型107

3.2.2 北京自由电子激光器108

3.3　喇曼型自由电子激光116

3.3.1　喇曼型自由电子激光判据116

3.3.2　电子激光装置（ELF）117

3.3.3　ELF的主要实验结果120

3.3.4　曙光一号自由电子激光实验120

3.4　光学速调管的基本思想122

3.5　储存环自由电子激光126

3.5.1　引言126

3.5.2　储存环自由电子激光物理127

3.5.3　储存环自由电子激光平均输出功率131

3.6　电磁波泵浦自由电子激光133

3.7　契伦柯夫自由电子激光137

3.8　其它类型自由电子激光142

3.8.1 无摇摆器自由电子激光（CARM）142

3.8.2　气体加载自由电子激光143

3.8.3　史密斯-伯塞尔效应自由电子激光145

第四章　电子加速器148

4.1　引言148

4.2　脉冲线型电子加速器149

4.3.1　感应直线加速器的原理155

4.3　感应直线加速器155

4.3.2　感应直线加速器的基本组成157

4.4　射频直线加速器165

4.4.1概述165

4.4.2　直线加速器中的加速电场168

4.4.3　射频直线加速器中粒子的相运动170

4.4.4　强流微脉冲电子束团的获取176

4.4.5　光阴极注入器181

4.4.6　射频超导直线加速器188

4.5　电子储存环193

4.5.1　电子储存环概述193

4.5.2 电子储存环的粒子动力学195

4.5.3　辐射阻尼202

4.5.4　束团尺寸203

4.5.5　束流寿命204

4.5.6　束流不稳定性206

4.6　电子回旋加速器208

4.6.1　电子回旋加速器208

4.6.2　跑道式电子回旋加速器209

4.6.3　回旋加速器在自由电子激光中的应用210

4.7　静电加速器211

5.1 引言216

第五章　束流传输系统216

5.2.1　束流的相空间描述218

5.2　束流的聚焦和传输特性218

5.2.2　束流的传输矩阵222

5.2.3　束流的特性矩阵228

5.3　束流的偏转和消色散232

5.4　等时性偏转系统237

5.5　四极磁透镜、二极磁铁、聚焦线圈的原理及结构238

5.5.1　四极磁透镜238

5.5.2　二极偏转磁铁244

5.5.3　螺线管线圈253

5.6.1　线性空间电荷效应259

5.6　传输系统中的空间电荷效应和尾场效应259

5.6.2　尾场效应263

5.7　运行中的束线系统266

第六章　摇摆器273

6.1引言273

6.2 电磁铁摇摆器275

6.2.1　磁感应场分布275

6.2.2　横向磁感应场的非均性277

6.2.3　最大磁感应场设计279

6.2.4　电磁铁摇摆器的馈电系统282

6.3　永磁摇摆器285

6.4　混合型摇摆器293

6.5　螺旋摇摆器299

6.6　微型摇摆器304

6.6.1　混合型微型摇摆器305

6.6.2　脉冲式双绕螺旋线微型摇摆器306

6.6.3　带状电子束的微型摇摆器307

6.7　摇摆器磁感应场测量307

6.7.1　霍尔片磁测量系统308

6.7.2　脉冲线磁感应场测量技术310

6.7.3　脉冲线磁感应场测量技术在摇摆器中的应用312

7.1 引言316

第七章　光学谐振腔316

7.2　光学腔的作用317

7.3　光学谐振腔的分类318

7.4　光学谐振腔理论基础320

7.5　数值迭代法322

7.6　稳定球面光学腔328

7.6.1本征模328

8.2　束流、束斑和束位置的测量328

7.6.2　等价共焦腔理论330

7.6.3　近共心腔在自由电子激光器光学腔中的应用333

7.7　孔耦合光学腔335

7.8　布鲁斯特角平板耦合输出光学腔342

7.9　非稳定光学腔344

7.10　环形光学腔347

7.11　新颖的光学腔设计352

第八章　电子束诊断357

8.1　引言357

8.2.1　束流变换器（Beam Current Transformer）358

8.2.2　法拉第筒363

8.2.3　电阻环方法365

8.2.4　束流剖面（束斑）测量368

8.3　束流发射度的测量371

8.3.1　单缝多丝靶法371

8.3.2　胡椒孔（pepper pot）方法373

8.3.3　三剖面法或三梯度法376

8.4　束流能散度的测量379

8.4.1　宏脉冲时间分辨能谱系统384

8.4.2　微脉冲时间分辨能谱系统387

8.5　束流微脉冲测量390

9.1自由电子激光在军事上的应用396

9.1.1　定向能武器396

第九章自由电子激光的应用396

9.1.2　战略激光武器398

9.1.3　战术激光武器401

9.1.4　在军事上的其它应用403

9.2 自由电子激光在可控热核聚变中的应用404

9.3 自由电子激光在生物医学中的应用407

9.3.1 自由电子激光用于外科手术408

9.3.2　自由电子激光用于眼科手术409

9.3.3　在癌症肿瘤的诊断和治疗中的应用411

9.3.4　在治疗心血管疾病中的应用前景414

9.3.5　光线疗法与光化学疗法415

9.3.6　自由电子激光在生物学中的潜在应用416

9.4 自由电子激光在材料科学中的应用419

9.4.1 自由电子激光在材料光谱分析中的应用420

9.4.2　自由电子激光在固体材料瞬态过程研究中的应用425

9.4.3 自由电子激光在半导体新材料研究中的应用426

9.4.4 自由电子激光在研究低损耗光纤通信中的应用428

9.5 自由电子激光在光化学中的应用429

9.5.1　微量元素的光化学分析法430

9.5.2　激光同位素分离法431

9.6 自由电子激光在其他领域的应用前景433