Генерация когерентного излучения в ближнем рентгеновском диапазоне в каскадном ЛСЭ с двухчастотным ондулятором

Исследуется генерация рентгеновского излучения в каскадном лазере на свободных электронах (ЛСЭ) с самоусилением спонтанного излучения (ССИ, SASE FEL) с использованием двухчастотного ондулятора. Для этого разработана феноменологическая модель однопроходного ЛСЭ, учитывающая все основные потери в реальных ЛСЭ: разброс энергий электронов в пучке, расходимость, дифракция. Учитывается также, что высшие гармоники ЛСЭ испытывают большие потери по сравнению с излучением на основной частоте. Математическая модель ЛСЭ реализована в программе Mathematica и откалибрована по эксперименту на действующей установке SPARC и по сложным трехмерным численным симуляциям. С помощью феноменологической модели анализируется динамика ЛСЭ для получения рентгеновского излучения большой мощности на относительно короткой длине. Предлагается использовать двухчастотный ондулятор для начальной группировки электронов и последующее умножение частоты в каскадном ЛСЭ с усилением высших гармоник (HGHG). Указаны преимущества двухчастотного ондулятора для группировки электронов на высших гармониках ондуляторного излучения (ОИ). Смоделирована работа нескольких типов ЛСЭ с умножением частоты затравочного лазера в двух и в трёх каскадах для получения мягкого рентгеновского лазерного излучения. Предложено использование затравочного лазера с длиной волны 11.43 нм, соответствующей пику отражения зеркальных покрытий с MoRu/Be, для получения интенсивного рентгеновского лазерного излучения с длиной волны λ~1.27÷3.87 нм. При этом мощность насыщенного излучения достигает 50 МВт уже на длине 35 м а само излучение обладает хорошей временной когерентностью, соответствующей характеристикам затравочного лазера меньшей частоты и малой мощности.