1 中国科学院上海高等研究院上海 201204
2 上海科技大学上海 201210
利用高精度磁电式速度传感器可以测量超导腔在低温环境下的振动。定量描述低温环境对超导腔位移振动特性的影响，是实现超导直线加速器亚微米级束流稳定性要求并抑制机械振动导致腔频偏移的基础，这对模组机械和低温系统设计具有重要意义。上海光源机械团队以目前承建的“硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate XFEL and Extreme light facility，SHINE）”1.3 GHz超导加速模组为研究对象，在超导腔常温振动测试基础上，采用频谱分析方法研究了超导腔在300.0 K、125.0 K、2.0 K三种温度下的位移功率谱密度、位移均方根和频响函数。测试结果表明：在上海光源地面本底振动下，2.0 K低温环境引起的超导腔垂向振动影响为本底的9.4%，横向振动影响为本底的4.5%。低温环境下新增振源为冷质流动，流体工质的状态对超导腔垂向和横向振动具有不同的影响。研究成果可用于指导模组测试以及结构设计优化。
超导加速模组 2.0 K低温 振动测量 频响函数 硬X自由电子激光 Superconducting cryomodule 2.0 K Vibration measurement Frequency-response function Hard X-ray free-electron laser
1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 中国科学院大学物理科学学院，北京 101408
3 合肥工业大学物理学院，安徽 合肥 230009
4 安徽大学化学化工学院，安徽 合肥 230601
红外光谱有着广泛的应用。合肥红外自由电子激光装置能够为用户提供高亮度的中/远红外辐射，为高水平的红外研究提供基础条件。自由电子激光和实验站之间需要用光束线连接起来，以便在完成红外辐射高效输送的同时进行聚焦、诊断等。本文介绍了合肥红外自由电子激光装置红外光束线的设计与性能，主要包括光束线的总体要求、设计方案和布局、光学设计、光斑演化、光束传输、激光的分束取样、激光宏脉冲的在线同步测量、激光光谱的在线同步测量等。调试结果表明，设计达到了预期指标，整个光束线可以稳定运行。
激光光学 光束线 自由电子激光 中/远红外 激光诊断
中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
未来极紫外光刻技术的发展亟需更高功率的光刻光源，能量回收型自由电子激光光源可以实现千瓦量级以上的功率输出，是一种极具潜力的高功率极紫外光刻光源。主要介绍了高功率能量回收型自由电子激光光源的工作原理、发展现状以及所面临的关键技术挑战。
激光光学 极紫外光刻 能量回收型直线加速器 自由电子激光 光阴极注入器 超导加速器
1 上海师范大学物理系，上海 200234
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
受益于超短超强激光技术的持续迅猛发展，飞秒强激光为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件，使激光物质相互作用进入到一个极端非线性的强场超快新范畴，催生了大量新原理、新现象，推动了技术变革。飞秒强激光驱动的等离子体尾波场加速原理是一种具有超高加速梯度的粒子加速新原理，该技术的加速梯度可达100 GV/m，相比于传统射频加速器提高了3个数量级以上，可在厘米量级的加速长度内获得GeV量级的高品质高能电子束，极大地降低了加速器的成本，为发展新一代粒子加速技术和新型超快辐射源提供了新机遇和新途径。从飞秒强激光驱动等离子体尾波场中的电子注入、能量啁啾控制和高品质电子束产生以及基于高品质电子束的betatron X射线辐射、高能伽马射线和小型化自由电子激光这几个方面介绍了激光等离子体尾波场电子加速的若干主要研究进展，并对未来进行了展望。
1 上海科技大学物质科学与技术学院，上海 201210
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201210
3 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
4 张江实验室，上海 201210
束流轨道优化是短波长自由电子激光调试放大过程的关键环节。在实际实验中，需要花费大量的时间来调整参数，以校正轨道。为简化该多参数调优过程，研究了基于深度强化学习的自动优化技术，在仿真环境中使用SAC、TD3和DDPG算法调整多个校正磁铁，以优化自由电子激光的输出功率。为模拟实际实验中非理想的轨道状态，在第一节波荡器入口处设置一磁铁以偏转束流轨道。随后利用深度强化学习算法自动调节后续7个磁铁以校正轨道。结果表明，通过引入偏差将输出功率降低一个数量级后，基于最大熵原理的SAC算法将功率恢复到初始值的98.7%，优于TD3与DDPG算法。此外，SAC算法表现出更强的鲁棒性，有望后续应用在我国X射线自由电子激光装置中实现自动调束。
激光光学 自由电子激光 轨道校正 输出功率 深度强化学习 多参数优化 光学学报
2023, 43(21): 2114002
强激光与粒子束
2023, 35(9): 094001
中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置是一台用于材料、光谱、生物、医学等领域前沿研究的多功能用户装置，在实验室现有的太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）基础上，拟新增两套2×9-cell超导加速单元和两台波荡器，将电子能量提升至最大50 MeV，输出频率覆盖范围拓展至0.1~125 THz，最大宏脉冲功率大于100 W。同时，采用跑道型束线设计，拟建设一台小型能量回收型直线加速器实验研究平台。本文主要介绍了中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置的总体设计、工作模式以及用户实验站布局。
激光器 自由电子激光 红外太赫兹 超导加速器 波荡器 能量回收型直线加速器 中国激光
2023, 50(17): 1718001
1 上海科技大学 上海 200120
2 中国科学院上海高等研究院 上海 201210
上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai High Repetition rate XFEL (X-ray Free Electron Laser) and Extreme light facility，SHINE）是一个高重频XFEL装置，束线站定时系统需要为设备提供基于硬件的精确的X射线束团编号和定时触发。对于SHINE束线站单脉冲工作模式的设备，采集数据包以及对应时刻的束团编号信息，便于后续实验数据分析。设计了一个束团编号采集的测试系统，它基于Zynq-UltraScale+型片上系统（System-On-Chip，SOC）搭建，采用了白兔协议（White Rabbit）协议的定时系统环境。该测试系统通过FPGA夹层卡（FPGA Mezzanine Card，FMC）获取嵌入型从节点的束团编号，使用LwIP（Light weight Internet Protocol）协议搭建的TCP协议栈实现束团编号的采集。采用Basler相机对该系统进行了实验测试，并使用pypylon库来采集相机的数据。实验测试结果表明：该束团采集测试系统获得的束团编号数量和图像帧数相同，可以满足SHINE束线站对于束团编号采集的需求。
定时 上海硬X射线自由电子激光装置 白兔协议 束团编号 Timing SHINE White Rabbit protocol Bunch ID
1 深圳综合粒子设施研究院，广东 深圳 518107
2 中国科学院 大连化学物理研究所，辽宁 大连 116023
深圳中能高重频X射线自由电子激光（S3FEL）将建设成为全球唯一软X射线波段的高重频自由电子激光。废束桶是S3FEL装置的重要设备，在系统调束中发挥着重要作用。废束桶束窗是废束桶的重要组成部件，用于隔离和保护加速器超高真空环境。本文对几种常用的废束桶束窗材料进行了对比分析，最终选择铍作为束窗的材料，并依此设计了一种带有水冷结构的束窗。通过蒙特卡罗方法计算得到不同厚度束窗的沉积功率，采用有限元分析方法对不同厚度的束窗进行热结构计算与分析，得到厚度为1.6 mm的水冷铍窗效果最佳，其最大温度为121.6 ℃，低真空为1 Pa时的最大应力与中心变形分别为198.7 MPa和0.00082 mm，低真空为101325 Pa时的最大应力与中心变形分别为204.2 MPa和0.097 mm，结果均满足使用要求。此研究为S3FEL的废束桶束窗设计提供了重要的理论依据。
自由电子激光 高重频 废束桶 束窗 有限元分析 free electron laser high repetition frequency dump beam window finite element analysis 强激光与粒子束
2023, 35(3): 034001
1 中国科学院上海应用物理研究所，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海高等研究院上海光源中心，上海 201204
基于回声增强高次谐波产生，提出了能够产生软X射线波段双色自由电子激光脉冲的方案，并对该方案进行了理论模拟和关键技术研究。研究给出了双色种子激光的产生方案，搭建了双色种子激光系统，该系统可以产生中心波长分别为264.8 nm和265.3 nm、脉冲延时可调的双色种子激光。基于该双色种子激光，在模拟中最终可以得到波长分别为5.884 nm和5.894 nm、峰值功率约为300 MW、脉冲延时可调的软X射线双色自由电子激光辐射脉冲。
X射线光学 双色 软X射线 自由电子激光 回声增强高次谐波产生
