Theoretical and Experimental Studies on Novel High-Gain Seeded Free-Electron Laser Schemes

این پایان نامه بر مطالعه طرح های جدید عملیات لیزر الکترون آزاد با بهره بالا (FEL) با لیزرهای بذر خارجی تمرکز دارد. تکنیک دستکاری فضای فاز پرتو الکترونی، که به طور گسترده در طرح‌های FEL بذری جدید استفاده می‌شود، به طور سیستماتیک مورد مطالعه قرار گرفته است. چندین طرح جدید FEL برای تولید پالس‌های FEL منسجم شدید با طول موج کوتاه، طول پالس زیر فمتوثانیه یا ویژگی‌های فرکانس حامل چندگانه پیشنهاد شده است که نیازهای کاربران FEL را برآورده می‌کند. نتایج آزمایش‌ها برای طرح‌های FEL اخیراً پیشنهادی مانند تولید هارمونیک فعال شده با پژواک و تولید هارمونیک با بهره بالا آبشاری توصیف شده‌اند. روش‌های تشخیصی جدید پرتو فوتون/الکترون نیز برای این آزمایش‌ها و امکانات FEL با بهره بالا در آینده توسعه داده شده‌اند.

This dissertation focuses on the study of novel high-gain free-electron laser (FEL) operation schemes with external seed lasers. The technique of manipulating the phase space of the electron beam, which is widely used in novel seeded FEL schemes, is systematically studied. Several novel FEL schemes are proposed for the generation of intense coherent FEL pulses with short wavelength, sub-femtosecond pulse length or multiple carrier frequency properties, which meet the needs of FEL users. Results of experiments are described for the recently proposed FEL schemes such as echo-enabled harmonic generation and cascaded high-gain harmonic generation. New photon/electron beam diagnostic methods are also developed for these experiments and future high-gain FEL facilities.