Разработка автономной тераваттной системы на основе Ti:сапфирового лазера с трехмерным профилированием импульсов для ГТГ

Разработана автономная УФ лазерная система с трехмерным профилированием импульса для фотоинжектора (фотокатода радиочастотной электронной пушки) рентгеновского лазера на свободных электронах, позволившая улучшить до 0.2% – 0.3% (10 имп./с, мощность 0.4 ТВт в фемтосекундном режиме) среднеквадратичную стабильность энергии импульса основного излучения, а среднеквадратичную стабильность третьей гармоники – до 0.7% – 1.4%. Такая стабильность круглосуточно поддерживалась на протяжении пяти месяцев. Полученные показатели отражают возможность стабилизации лазерной системы в оптически чистой комнате с контролируемым уровнем влажности. Стабильность энергии фемтосекундного генератора с синхронизацией мод непрерывно поддерживалась на уровне 0.3% на протяжении такого же периода. Кроме того, для подавления эмиттанса сгустка электронного пучка, генерируемого фотокатодом радиочастотной пушки, чрезвычайно важны идеально воспроизводимые пространственный и временной профили импульса УФ лазера. Для одновременного пространственно-временного профилирования пучка использовались деформируемое зеркало с обратной связью на базе генетического алгоритма, которое автоматически формирует пространственный профиль УФ импульса, и импульсный накопитель для формирования временного профиля. Пространственная структура лазерного импульса представляет собой цилиндрическое распределение с плоской вершиной (top-hat), временная – составной импульс прямоугольной формы. Оценка эмиттанса электронного пучка, генерируемого профилированным лазерным импульсом, осуществлялась методом сканирования. При использовании профилированного лазерного импульса длительностью 10 пс (по полувысоте) с диаметром пучка у катода 0.8 мм был получен минимальный нормированный горизонтальный эмиттанс 1.4 π·мм·мрад с энергией пучка 26 МэВ при заряде сгустка электронов 0.4 нК/имп. При большем заряде (1.0 нК/имп.) с эквивалентным диаметром и длительностью лазерного импульса 20 пс (по полувысоте) минимальный эмиттанс пучка составил 2.3 π·мм·мрад. Рассмотрен короткий (5 – 20 пс), профилированный во времени и в пространстве лазерный импульс в качестве идеального источника излучения для долговременной стабильной генерации высокоразрядного (1 – 2 нК/имп.) электронного пучка с малым эмиттансом. Описан принцип работы и процесс создания нашей системы контроля качества пучка.