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第1章 基本概念1

1.1 粒子（电子）束1

1.1.1 电子束相空间2

1.1.2 束流传输与线性光学3

1.1.3 束流发射度与包络函数4

1.1.4 简单传输下的束流属性6

1.1.5 相空间中的电子分布函数9

1.2 辐射束12

1.2.1 傍轴束的衍射12

1.2.2 傍轴波动方程与能量传输15

1.2.3 波动光学中的相空间方法17

1.2.4 横向相干性22

1.2.5 时间相干性25

1.2.6 群聚与强度增强28

参考文献30

第2章 同步辐射32

2.1 相对论电子的辐射34

2.2 傍轴波动方程36

2.3 偏转磁铁辐射39

2.4 波荡器辐射41

2.4.1 电子轨迹和波荡器辐射的定性讨论43

2.4.2 波荡器辐射的傍轴分析47

2.4.3 频率积分功率51

2.4.4 偏振控制52

2.4.5 波荡器辐射亮度与电子束分布的影响55

2.4.6 从波荡器辐射到自由电子激光61

2.5 同步辐射光源的未来方向62

2.5.1 基于多偏转消色散结构的低发射度储存环63

2.5.2 能量回收直线加速器65

2.5.3 超导波荡器65

2.5.4 激光波荡器67

参考文献68

第3章 FEL基本原理73

3.1 引言73

3.1.1 相干辐射源73

3.1.2 什么是FEL74

3.2 电子运动方程——摆方程77

3.2.1 方程的推导77

3.2.2 相空间中的运动80

3.3 低增益区81

3.3.1 增益的推导82

3.3.2 粒子俘获与低增益饱和87

3.4 高增益区88

3.4.1 Maxwell方程89

3.4.2 FEL方程与能量守恒92

3.4.3 无量纲FEL比例参数ρ93

3.4.4 采用集体变量的一维求解96

3.4.5 自放大自发辐射（SASE）的定性描述98

参考文献100

第4章 一维FEL理论102

4.1 一维FEL的耦合Maxwell-Klimontovich方程102

4.2 低FEL增益的微扰解105

4.3 通过Laplace变换求解任意FEL增益108

4.3.1 自发辐射与低增益情形110

4.3.2 指数增益区域111

4.3.3 SASE的时间起伏和相关性116

4.4 准线性理论与饱和120

4.5 增益饱和后的波荡器磁场渐变126

4.6 超辐射131

参考文献134

第5章 三维FEL分析137

5.1 定性讨论137

5.1.1 衍射与光导137

5.1.2 束流发射度和聚焦140

5.2 电子轨迹141

5.2.1 波荡器中的自然聚焦142

5.2.2 外聚焦结构中的β振荡145

5.3 FEL的三维方程148

5.3.1 Maxwell方程149

5.3.2 电子运动的三维摆方程150

5.3.3 耦合Maxwell-Klimontovich方程151

5.4 低增益区的解153

5.4.1 无横向聚焦的低增益表达式157

5.5 高增益区的解160

5.5.1 Van Kampen正交模式展开161

5.5.2 色散关系与四个归一化参数164

5.5.3 增益导引与横向相干性166

5.5.4 色散关系的数值求解168

5.5.5 变分解与拟合公式173

参考文献177

第6章 高增益FEL中的谐波产生180

6.1 非线性谐波产生180

6.2 高增益谐波放大184

6.3 回声型谐波放大187

6.4 谐波产生的近期发展191

参考文献193

第7章 FEL振荡器与相干硬X射线195

7.1 FEL振荡器原理195

7.1.1 功率演化与饱和196

7.1.2 纵向模式形成的定性描述197

7.1.3 FEL振荡器中的纵向超模式198

7.1.4 光腔的横向物理理论201

7.2 X射线光腔结构202

7.2.1 波长可调的四晶体XFELO光腔203

7.2.2 XFELO的金刚石晶体205

7.3 XFELO参数与性能205

7.4 锁模FEL振荡器中的X射线频梳207

7.5 硬X射线主振荡功率放大器（MOPA）210

参考文献211

第8章 高增益FEL的实际考虑与实验结果213

8.1 波荡器容差和尾场213

8.1.1 波荡器误差与容差213

8.1.2 束流轨迹误差216

8.1.3 尾场、电子能量损失和波荡器磁场渐变218

8.2 FEL实验结果220

8.2.1 SASE FEL221

8.2.2 种子型FEL228

8.2.3 短脉冲产生229

参考文献234

附录A相空间中电子运动的Hamilton方程239

A.1由变换理论得到的FEL粒子方程241

A.2高增益FEL中试探电子的运动243

参考文献244

附录B FEL模拟方法245

B.1 FEL模拟程序的设计246

B.2现有的FEL程序251

参考文献252

附录C FEL的量子考虑253

C.1量子形式253

C.2 FEL放大器中的量子噪声257

C.3 Madey定理263

参考文献265

附录D横向梯度波荡器266

D.1低增益分析269

D.2高增益分析274

参考文献275

参考书目277

名词索引279

译者的话291