Technical analysis of X-ray Free Electron Lasers and the mathematical modeling and designing for optimizing their performance

• Ritu Walia ^[1] ; Kamal Nain Chopra ^[1]
  1. [1] GGSIP University
• Localización: Latin-American Journal of Physics Education, ISSN-e 1870-9095, Vol. 13, Nº. 1, 2019
• Idioma: inglés
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    En este documento se presentan varios aspectos del modelado matemático y del diseño de Láseres de Electrones Libres de rayos x para optimizar su rendimiento. Los componentes esenciales para la fabricación del sistema de producción, del haz de electrones tipo FEL de rayos x, del sistema de suministro del haz de electrones, y la utilización del haz de electrones para la emisión de rayos x, se han analizado desde el punto de vista del diseño optimizado. Se ha realizado el análisis técnico de la potencia de radiación y la modulación de energía de los electrones, en el ondulador, para la luz del láser, para lograr el agrupamiento del láser. La condición de resonancia FEL se ha discutido, desde el punto de vista de la energía del pulso del laser, y el ancho del pulso del láser. Además, la FEL de emisión espontánea auto amplificada se ha tratado en términos de modulación de densidad y saturación de inestabilidad. Las simulaciones de GINGER para la evolución del ruido, a partir de semillas imperfectas, se han presentado desde la perspectiva de minimizar el ruido, y por lo tanto, mejorar la calidad de la salida del láser. La interrelación entre los Números de modos longitudinales: M ≈ (longitud del bunch) /corte, rebanada, la fluctuación en la energía del pulso de rayos x, y las propiedades de corte, es decir, la corriente máxima de corte, la emisión y la distribución de energía, se han analizado, para optimizar el rendimiento de la x ray FELs. También se explican los fenómenos físicos que afectan al haz electrónico, como la aceleración y la compresión, así como las dificultades técnicas que se presentan

  • English

    The mathematical Modeling and Designing of X – ray Free Electron Lasers for optimizing their Performance, based on various designing aspects, has been presented in this paper. The essential components for fabricating X-ray FEL like electron beam production system, electron beam delivery system, and electron beam utilization for emission of x-rays, have been discussed from the optimized designing point of view. The technical analysis of the radiation power, and the energy modulation of electrons in the undulator by the laser light has been done, in order to achieve laser bunching. FEL resonance condition has been discussed from the point of view of laser pulse energy, and laser pulse width. Also, SelfAmplified Spontaneous Emission FEL has been dealt with in terms of Density modulation, and Instability saturation.

    GINGER simulations for Noise evolution from imperfect seed have been presented from the point of view of minimizing the Noise and hence improving the quality of the laser output. The interrelationship between Numbers of longitudinal modes: M ≈ (bunch length)/slice, Fluctuation in the x-ray pulse energy, and the Slice properties, i.e. slice peak current, emittance and energy spread has been discussed for optimizing the performance of the x ray FELs. The physics phenomena affecting the e-beam like acceleration and compression, and the technical difficulties faced in this, are also explained.