원적외선 자유전자레이저 발진기에서 횡모드의 효과

남순권,김기범 강원대학교 기초과학연구소 2008 기초과학연구 Vol.19 No.-

원적외선 영역의 자유전자레이저 발진기에서 방사광의 횡모드 효과에 대하여 연구하였다. 전자의 베타트론운동을 포함한 자유전자레이저 모형을 이용하여 방사광의 크기, 전자의 에너지 및 위상으로 구성된 새로운 다입자 궤도추적 시뮬레이션 코드를 개발하였으며, 전자빔과 방사광 횡모드들의 상호작용을 연구하였다. 이상적인 전자빔의 경우 pass의 증가에 따른 방사광 횡모드의 증폭을 연구하였으며, 마구잡이 분포를 갖는 가우스 분포 형태의 전자빔의 경우와 비교하였다.

자유전자레이저에서 나선형편광 위글러에 기인하는 편광특성

남순권,박윤성 한국물리학회 2022 새물리 Vol.72 No.9

An extreme UV, free-electron laser (FEL) user facility is proposed for scientific research and industrial applications based on coherent radiation ranges for several nanometer wavelengths. The polarization properties due to helical wiggler in FELs are studied using Maxwell equation and Newton–Lorentz force equation for industrial applications in the region of several nanometer wavelengths. The radiation intensity with respect to the wavelength due to the helically polarized wiggler is also examined for fundamental mode. The polarization characteristics for the interaction of the beam and radiation with a helically polarized wiggler are better than those with a conventional flat wiggler. 수 nm 파장에 대한 간섭성 방사광 파장범위를 기반으로 하는 과학연구 및 산업 응용을 위한 극자외선 자유전자레이저 사용자 시설을 구축하는 것이 제안되어오고 있다. 또한, 자유전자레이저에서 나선형 위글러에 기인하는 편광 특성이 수 nm 파장영역에 대해서 산업적 응용연구를 위하여 연구되고 있다. 맥스웰 방정식과 뉴튼-로렌쯔 방정식을 사용하여 수치해석적인 방법으로 나선형 위글러에 기인하는 편광 특성을 연구하였다. 나선형 편광위글러에 기인하는 방사광의 세기가 기본 모드에 대해서 연구되었고, 나선형 편광위글러에 기인하는 파장에 대한 방사광의 출력이 기본 모드에 대해서 역시 연구되었다. 나선형 편광위글러를 갖는 빔과 방사광의 상호작용에 대한 편광 특성들은 기존의 플랫위글러를 사용한 경우들에 비하여 훨씬 더 좋음을 보였다.

자유전자레이저에서 선형편광위글러에 기인하는 편광특성

남순권,박윤성 한국물리학회 2021 새물리 Vol.71 No.9

We analyzed the characteristics of polarization due to a linearly polarized wiggler in a freeelectron laser(FEL) oscillator and developed a three-dimensional free-electron laser code with a linearly polarized wiggler in a FEL oscillator for a wiggler period of 0.02 m, a wiggler length of 2 m, an electron beam energy of 13.40 MeV, and an electron beam current of 75 A. The total power due to the linearly polarized wiggler in the fundamental and higher-order modes was studied using the developed FEL code. The intensities of the radiation field with a linearly polarized wiggler for normalized emittances of 1, 5 and 10 mmmrad were calculated. Moreover, the intensity of radiation field with linearly polarized wiggler for the normalized emittances of 1mmmrad was compared to that of the normal wiggler. The intensity of radiation field due to the linearly polarized wiggler for the wavelength was also calculated by the developed code. 자유전자레이저에서 선형편광 위글러에 기인하는 편광 특성을 연구하였다. 진동자를 갖는 자유전자레이저에서 위글러 주기 0.02 m, 위글러 길이 2 m, 전자빔의 에너지 13.40 MeV, 전자빔의 전류가 75 A 인 경우 선형편광 위글러에 기인하는 편광효과를 고려한 3차원 자유전자레이저 시뮬레이션 코드를개발하였다. 기본 및 고차 모드에 대한 선형편광 위글러에 기인하는 방사광의 출력이 개발된 코드에 의해연구되었다. 규격화된 에밋턴스 1, 5 및 10mmmrad 에 대한 선형편광 위글러에 기인하는 방사광의세기가 계산되었다. 규격화된 에밋턴스 1 mmmrad 인 경우의 선형편광 위글러에 대한 결과는 개발된3차원 코드를 사용하여 일반적인 위글러에 기인하는 경우와 비교되었다. 또한 파장에 대한 선형편광위글러에 기인하는 방사광의 세기가 개발된 코드에 의해 계산되었다.

두진동수를 갖는 자유전자레이저에서 베타트론 진동의 효과

남순권 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.10

We have analyzed the effects of betatron oscillation in a free-electron laser oscillator with two frequencies. We have developed a 3-dimensional free-electron laser (3D FEL) code including betatron oscillations. The effects on the energy spread of electron beam, the radiation field's intensity, and the wiggler's period are investigated and optimized by using the 3D FEL code. Comparative studies of the radiation output with and without the betatron oscillation for the energy spread of electron beam, the radiation-field's intensity, and wiggler's period that were done using the 3D FEL code that we developed are presented. 두 진동수 위글러를 갖는 자유전자레이저에서 베타트론 진동 (betatron oscillation)의 효과를 연구하였다. 두 진동수 위글러 (wiggler)계에서 oscillator를 갖는 자유전자레이저의 3차원 자유전자레이저 코드를 개발하였고, 이것을 이용하여 전자 빔의 에너지 퍼짐성, 강도 (intensity) 및 위글러 주기에 관한 최적화 조건과 영향을 연구하였다. 개발된 새로운 3차원 자유전자레이저 코드를 사용하여 전자 빔의 에너지 퍼짐성, 강도 및 위글러 주기에 대한 방사광 (radiation)의 출력을 연구하였고 베타트론 진동이 있을 경우와 없을 경우에 대하여 비교분석하였다.

The Effects of Two Electron Beams on a Free-electron Laser Oscillator

남순권 한국물리학회 2014 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.65 No.1

We have analyzed the characteristics of a free-electron laser (FEL) oscillator by using two electronbeams of different energies. The evolution of the harmonic output intensity of the two-beamoscillator, the harmonic radiation field intensity relative to the beam’s current ratio, the harmonicfield obtained by using both the lower and the higher electron energy beams, and the harmonicfield for the higher energy electron beam alone were studied by using an extended 2D simulationcode that described the effects of two electron beams with different energies. The 2D effects of theenergy spread, higher-order modes, and the transverse mode construction of the optical field werealso studied in the two electron beam oscillator model for the low-energy region.

자유전자레이저에서 taper된 위글러의 효율

남순권,김기범 강원대학교 기초과학연구소 2006 기초과학연구 Vol.17 No.-

  자유전자레이저에서 3차원 전자의 운동과 radiation의 크기 및 위상으로 구성된 새로운 시뮬레이션 코드를 개발하여 전자빔과 radiation의 상호작용을 수치적으로 연구하였다. 위글러를 통과하는 전자빔은 좋은 품질과 안정성을 갖고 있어야 높은 이득과 효율을 얻을 수 있다. 위글러자기장의 세기 및 전자빔의 품질에 따른 radiation의 크기를 비교하였으며, taper된 위글러를 사용하여 radiation의 효율을 향상시키는 방법연구를 하였다.

Optical Diffraction in a Free-Electron Laser Oscillator with Two Electron Beams

남순권 한국물리학회 2018 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.73 No.1

The effects of the optical diffraction, the electron beam's emittance, energy spreads, and the higher-order modes in a free-electron laser (FEL) oscillator have been analyzed by using two electron beams of different energies based on the proposed FEL facility which is to be operated in the far-infrared and the infrared regions. The three-dimensional (3D) effects in a free-electron laser oscillator due to the diffraction, the electron beam's emittance, energy spreads, and higher-order modes were studied using an extended three-dimensional FEL code with two electron beams that we developed. The effects of the variation in the amplitude of the radiation on the electron beam's emittance and energy spreads were also calculated in the case with optical diffraction for the multi- particle and the multi-pass numbers by using a new 3D code. The mode construction was studied on the higher-order modes of the wiggler for various optical diffraction parameters for determining the FEL's performance, which is required for high-quality electron beam. The intensity of the radiation eld for the higher order modes was highly sensitive to the diffraction parameter of B > 2.5, but was less sensitive to the emittance and the energy spread for B < 1.5 in the coupled two-beam oscillator.

The nonlinear interaction between the two resonant waves in a waveguide free electron laser

남순권,이재철,김기범 한국진공학회 2000 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.- No.-

Spectral Properties of a Far-infrared Free-electron Laser Oscillator Based on a Two-frequency Wiggler

남순권,박은경,김기범 한국물리학회 2013 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.63 No.11

The spectral properties and the nonlinear interactions between an electron beam and the emittedradiation field were studied in a far-infrared free-electron laser oscillator. A two-frequency wigglerwas used to obtain a high efficiency and a narrow spectrum, and a multi-particle simulation code wasdeveloped using a modified free-electron laser model based on the two-frequency wiggler. Numericalsimulations were performed to obtain the optimal condition for the two-frequency wiggler, and theemitted field amplitude and the spectral properties were found to be improved when the twofrequencyratio parameter of the wiggler was optimized.

자유전자레이저 발진기에서 전자빔 특성에 대한 효과

남순권,김기범 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.1

The effects of the quality of an electron beam studied in a free-electron laser oscillator. To investigate the amplification of the radiation for various profiles, currents, and energy spreads of the electron beam, we developed multi-particle tracking simulation code based on the coupled equation of a free-electron laser, and we investigated the radiation amplitude as a function of the pass number by using a numerical simulation, The radiation was expanded in axisymmetric Gauss-Laguerre modes to study the interaction between the electron beam and the fundamental and higher-order modes of the radiation. 자유전자레이저 발진기에서 전자빔의 특성에 대한 효과를 연구하였다. 전자빔의 모양, 빔전류, 에너지 퍼짐에 따른 방사광의 증폭을 조사하기 위하여, 자유전자레이저의 결합방정식을 기반으로 다입자 궤도추적 시뮬레이션 코드를 개발하였으며, 수치적 시뮬레이션을 통하여 pass의 증가에 따른 방사광의 크기를 구하였다. 또한 방사광을 축대칭인 가우스-라게르 모드들로 전개하여 전자빔과 방사광의 기본모드 및 고차모드와의 상호작용을 연구하였다.