بخشی از مقاله
چکیده –در این مقاله میخواهیم به شبیهسازي لیزر الکترون آزاد در سه بعد با ویگلر تخت با در نظر گرفتن باریکه الکترونی پیش دسته بندي شده بپردازیم. با استفاده از باریکه الکترونی پیش دستهبندي شده به جاي باریکه یکنواخت - فاصلهي زمانی مساوي بین دو الکترون متوالی - ، میتوان طول اشباع - یعنی طولی که لیزر به بیشترین توان خروجی میرسد - را به طور قابل ملاحظهاي کاهش داد.
-1 مقدمه
لیزر الکترون آزاد از سه جزء اصلی تشکیل شده است: -1 یک باریکهي الکترونی نسبیتی -2آهنرباهاي دائمی که به صورت متناوب چیده شده و یک میدان مگنتواستاتیک را به وجود میآورند، این میدان مغناطیسی را ویگلر مینامند -3 یک سیگنال الکترومغناطیس خارجی که قرار است دامنهي آن را تقویت کنیم. طرز کار لیزر الکترون آزاد به صورت زیر است: باریکهالکترونی نسبیتی که معمولاً توسط یک شتابدهنده تولید میشود را به داخل ویگلر میفرستند. الکترونها با ورود به میدان مغناطیسی، تحت اثر این میدان حرکات مارپیچ متناسب با میدان ویگلر انجام میدهند. اگر به دستگاهی برویم که در آن دستگاه الکترون ساکن است، میدان مگنتواستاتیک ویگلر تبدیل به یک موج الکترومغناطیس میشود. این موج عرضی را موج ویگلر می-نامند.
این موج با سیگنال الکترومغناطیس خارجی برهم کنش کرده و باعث اعمال یک نیروي طولی به الکترون ها میشود که به آن نیروي پاندرموتیو و به موج حاصل از این زنش موج پاندرموتیو میگویند. این نیروي طولی باعث گروه-گروه شدن الکترونها میشود. ها تابشهاي همدوس با سیگنال خارجی از خود ساطع می-کنند و این باعث تقویت سیگنال میشود. تقویت این سیگنال باعث تقویت نیروي پاندرموتیو و در نتیجه گروه-گروه شدن دوبارهي الکترونها میشود.
در واقع مؤلفههاي مختلف سیستم به صورت خودسازگار یکدیگر را تقویت می-کنند تا زمانی که دامنهي سیگنال خارجی به بیشترین مقدار خود برسد. در این جا می گوییم اشباع رخ داده است. حال میخواهیم به طور خاص به مکانیزم لیزر الکترون آزاد مربوط به ویگلر به کار رفته در این مقاله بپردازیم. باریکه الکترونی به هنگام ورود به ویگلر، همزمان وارد یک موجبر رساناي کامل با مقطع مستطیلی میشود.
عیناً همان مکانیزمی که در بحث قبل آمده، اتفاق میافتد با این تفاوت که حالا به خاطر استفاده از موجبر، مدهاي مربوط به آن موجبر تولید میشوند. ما در این مقاله به بررسی سه بعدي تحولات مدهاي موج-بر - مدهايTE و - TM و تحولات مسیر حرکت الکترونها میپردازیم، همچنین پارامترهاي ثابت را با پارامترهاي یک کار تجربی که توسطOrzechowski وهمکارانش - البته با استفاده از باریکه الکترونی اولیهي یکنواخت - انجام شده برابر گرفتیم. در این کار تجربی سه مد : TE01 و TE21و TM 21 مشاهده شدهاند. نتایج حاصل مقالهي ما با نتایج[1] تطابق بسیار خوبی دارد. از طرف دیگر در چکیدهي[1] آمده است که نتایج مقاله در تطابق خوبی با نتایج تجربیOrzechowski وهمکارانش است.
علاوه بر بررسی لیزر الکترون آزاد با باریکه الکترونی ورودي یکنواخت ما میخواهیم از باریکه پیش دستهبندي شده استفاده کنیم. براي این کار الکترونها را به جاي یکنواخت به صورت یک تابع شبهگوسی به داخل ویگلر میفرستیم. پیکربندي این مقاله به صورت زیر است: ابتدا در بخش2 معادلات ریاضی مربوط به امواج وذرات توضیح داده شده است. سپس در بخش3 نتایج شبیهسازي روي نمودار آمده و در هر نمودار نتیجهي مربوط به باریکه یکنواخت با نتیجهي مربوط به باریکه پیش دستهبندي شده مقایسه شده است.در نهایت جدولی آورده شده که مهمترین نتایج شبیهسازي در آن آمده است.
