TARLA FEL için Salındırıcı ve Rezonatör Optimizasyon Çalışmaları

Abstract

Serbest Elektron Lazerleri (SEL) ayarlanabilir dalga boyu, eş fazlılık, monokromatiklik, yüksek tekrarlama oranıyla ilişkilendirilen yüksek-pik şiddeti, yüksek akı ve parlaklık değerleri gibi önemli özelliklere sahiptirler. SEL'lerin dalga boyu aralığı, kızıl-ötesinden X-ışınlarına kadar değişir. Süper iletken hızlandırıcıdan elde edilen 15-40 MeV elektron demetlerinin iki salındırıcı hattından geçirilmesi ile 2.5 µm ile 250 µm dalga boyu aralığını taramayı hedefleyen Hızlandırıcı ve Lazer tesisinin (TARLA) kurulum çalışmaları devam etmektedir. Bu çalışmada TARLA tesisinin salındırıcı ve rezonatör optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. TARLA SEL'in undulator ve rezonatör parametrelerinin belirlenmesi için yapılan analitik hesaplamalarda Mathematica, benzetim çalışmalarında ise FELO kullanılmıştır. Bu makalede, TARLA’daki her iki SEL hattı için lazer dalga boyu, demet beli, normalize yayınım, Rayleigh uzunluğu, tek-geçiş kazancı, rezonatör aynalarının yarıçapları, alınacak ortalama güç, çıkış gücü ve verimlik değerleri sunulmuştur.

Keywords

• THM, TARLA, Serbest Elektron Lazeri, optimizasyon, benzetim çalışmaları, analitik hesaplamalar

Undulator and Resonator Optimization Studies for TARLA FEL

Abstract

Free Electron Lasers (FELs) ensure superior features such as adjustable wavelength, coherence, mono-chromaticity, and high peak power connected to the high intensity and short pulse length, high flux and brightness values. FELs’ wavelength region lies from infrared to X-ray region. A FEL facility, called Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA), is under construction with aim to scan wavelength region from 2.5 µm to 250 µm with two undulator lines supplied with 15-40 MeV electron beam out of two superconducting accelerating cavities. Analytical calculations for determination of TARLA FEL undulator and resonator parameters carried out with Mathematica and FELO code used for simulations. In this paper, laser wavelength, beam waist, normalized emittance, Rayleigh length, single-pass gain, ideal gain, mirror radius of resonators, average extracted power, output power and efficiency values for both FEL line for TARLA were presented

Keywords

• TAC, TARLA, Free Electron Laser, optimization, simulation studies, analytical calculations

References

1. Madey, J. M. J., 1971. Stimulated Emission of Bremsstrahlung in a Periodic Magnetic Field, Journal of Applied Physics, 42(5): 1906-1913.
2. Colson, W. B., Pellegrini, B., Renieri, A., 1990, Laser Handbook Volume 6: Free Electron Lasers, North-Holland Publications, Amsterdam, p. 528.
3. Schmüser, P., Dohlus, M., Rossbach, J., 2008. Ultraviolet and Soft X-Ray Free Electron Lasers, Springer, Berlin, p. 207.
4. O'Shea, Patrick G., and Henry P. Freund, 2001. Free-Electron Lasers: Status and Applications, Science, 292(5523): 1853-1858.
5. http:/www.tarla-fel.org/about.php (Access Date: 16.09.2013)
6. Özkorucuklu, S., Aksoy, A., 2011, The Technical Design Report of Turkish Accelerator and Radiation Laboratory at Ankara (TARLA-TDR), Report No: A-BP-5685-0, Version 02, p. 148.
7. Wolfran, S., 1999, The Mathematica Book Version 4, Cambridge University Press, UK, p. 1470.
8. Neil, B. W. J. M., Neil, Robb, G. R. M., 2006, FELO: One Dimensional Time Dependent FEL Oscillator Code, Proceedings of FEL 2006, Berlin, Germany, pp. 59-62.

9. Brown, G., Halback, K., Harris, J., Winick, H., 1983. Wiggler and Undulator Magnets: A Review, Nuclear Instruments and Methods, 208(3): 65-77.
10. Rossbach, J., Short-Wavelength, 2002. Single-Pass Free Electron Lasers, Proceedings of LINAC2002, Vol. 202, Gyeongju, Korea, pp. 582-586.
11. Prazeres, M., Ortega, J. M., Glotin, F., 2004. Measurement and Calculation of the Electron Efficiency on the CLIO Free electron Laser, Proceedings of the 2004 FEL, Vol. 34, Trieste, Italy, pp. 297-300.
12. Saldin, E. L., Schneidmiller, E. A., Yurkov, M. V., 1999, The Physics of Free Electron Lasers, Springer, New York, p. 464.
13. Onuki, H., Elleaume, P., 2003. Wigglers, Undulators and Their Applications, CRC Press, New York, p. 456.
14. Kam, S. K., Julius, N., 2010. Optimization of an Optical Resonator in a Free Electron Laser Oscillator With a Short Undulator, Journal of Korean Physical Society, 56 (3): 750-764.
15. Rossbach, J., Schmüser, P., 1992. Basic Course on Accelerator Optics, CERN Accelerator School Fifth General Accelerator Physics Course, Vol. 2, Jyvaskyla, Finland, pp. 17-88.
16. Suat Özkorucuklu e-mail: [e-mail]