[发明专利]提升加速器相干光源重复频率的装置及方法

说明书

本发明涉及一种提升加速器相干光源重复频率的装置及方法，装置包括谐振装置、调制装置和辐射波荡器，所述调制装置和所述辐射波荡器沿电子束传输方向依次排布且位于同一垂直平面，所述调制装置和所述谐振装置形成闭合回路，以使调制光在所述谐振装置和所述调制装置中循环。本发明的提升加速器相干光源重复频率的装置及方法，调制光可在谐振装置和调制装置中循环，从而重复作用于电子束，使得调制光的重复频率可调节，不再受限于外部的种子激光的重复频率。

技术领域

本发明涉及加速器相干光源领域，更具体地涉及一种提升加速器相干光源重复频率的装置及方法。

背景技术

在过去的几十年间，基于电子加速器的光源已经成为支持物理、化学、生物、材料科学等多学科研究的大科学平台。

基于储存环的同步辐射光源具有高重频，同时支持多用户运行等优点。然而，由于储存环同步辐射光源是基于电子束的自发辐射，电子束峰值流强低、能散大，因此亮度不高、纵向没有相干性。

基于直线加速器的自由电子激光是新一代先进光源，将峰值亮度推向了全新的水平，其峰值亮度比储存环光源高数十个数量级，横纵全相干的极紫外和软x波段可以基于自由电子激光中的外种子模式获得，这种前所未有全相干和高能量的光源可以用来探测微观物质结构的超快动力学。然而，自由电子激光中的电子束不能像同步辐射光源那样存在环中重复利用，直接限制了辐射脉冲的重复频率，只能通过昂贵的高重频电子枪和超导直线加速器来提高重复频率，此外也不能满足多用户的使用。基于直线加速器的能量回收型光源能够将电子束重复频率推进到GHz量级，然而受限于电子束的平均流强比较低，没有办法产生高平均功率的相干辐射光。

目前产生高重复频率相干极紫外和X射线辐射光是世界上大部分新建先进光源所追求的目标，为了能够基于电子加速器产生这种光源，最常见的技术就是基于外种子激光调制电子束的方式，但是，为了在电子束中产生激光波长尺度上的微群聚，往往需要较大的种子激光功率来调制，从而产生全相干极紫外和x射线辐射，这极大的限制了种子激光重复频率。基于角色散机制的同步辐射通过激光多维操纵电子束的方式，引入较小功率的种子激光就能在辐射之前形成非常强的预聚束，从而产生全相干软x波段辐射，然而，外部种子激光的平均功率仍然难以满足需求，从而限制了最终辐射脉冲的重复频率，很难满足一些需要高平均功率相干辐射光的科学实验和工业应用如极紫外光刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升加速器相干光源重复频率的装置及方法，以产生高重复频率的全相干辐射光。

基于上述目的，本发明一方面提供一种提升加速器相干光源重复频率的装置，包括谐振装置、调制装置和辐射波荡器，所述调制装置和所述辐射波荡器沿电子束传输方向依次排布且位于同一垂直平面，所述调制装置和所述谐振装置形成闭合回路，以使调制光在所述谐振装置和所述调制装置中循环。

进一步地，所述调制装置包括沿电子束传输方向依次设置的横向色散段、调制波荡器和聚束段。

进一步地，所述横向色散段由二极铁组成。

进一步地，所述谐振装置包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜，所述第一反射镜位于所述调制波荡器的下游，所述第四反射镜位于所述调制装置的上游，所述调制光经过所述调制波荡器后，依次被所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜反射后重新进入所述调制波荡器中，以实现循环。

进一步地，所述聚束段由两块垂直反向的二极铁以及两二极铁之间的漂移段组成。

进一步地，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜的反射率均设置为可调节，以通过调节所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜的反射率来改变所述调制光的能量。