Osilatör modda serbest elektron lazerleri için optik kavite bileşenlerinin optimizasyonu ve tasarımı
Optimization and design of optical cavity components for fel-oscillator facilities
Yazar: ŞEYMA CEMİLE BİÇER
Danışman: PROF. DR. ÖMER YAVAŞ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Elektron hızlandırıcılarına dayalı olarak yüksek pik güçlü, dalga boyu ayarlanabilir serbest elektron lazeri optik kavite içeren osilatör modda da (O-SEL) üretilebilmektedir. Bu çalışmada TARLA O-SEL tesisi için U35 ve U110 salındırıcı magnet kullanılarak 3-250 mikron dalga boylarında yüksek pik güçlü serbest elektron lazerin elde edilebilmesi için elektron demeti, salındırıcı magnet ve optik kavite sistemi parametreleri optimize edilmiştir. 

U35 ve U110 salındırıcı magnetleri ile yüksek pik güçlü 3-250 mikron dalga boyu SEL üretilebilmesi amacıyla TARLA elektron demeti parametreleri değerlendirilmiştir. Salındırıcı magnetlerin türü ve malzemesi belirlenmiş ve Radia yazılımı ile manyetik alan dağılım desenleri elde edilmiştir. SEL ışınımlarının band genişliği belirlenmiş ve maksimum kazanç için gerekli parametre optimizasyonu yapılmıştır. Salındırıcıda elektron demetin maksimum sapma açısı belirlenmiştir. Optik kavite sistemi için ise optik kavitenin türü, boyu, ana parametreleri ve Gauss demet yayılımı belirlenmiştir. Optik kavitede, aynaların yansıma özelliğini artırmak üzere gerekli olan ayna kaplama malzemesi ve yöntemi belirlenmiştir. Optik kavitenin vakum seviyesi ve bileşenleri de ayrıca incelenmiştir. 

Sonuç olarak, TARLA tesisi için belirlenen elektron demeti, U35 ve U110 salındırıcı magnetleri ve optik kavite parametrelerine bağlı olarak SEL demetlerinin dalga boyu, enerjisi, pik ve ortalama foton akısı ve parlaklığı, kazancı ve kayıp yüzdesi, pik ve ortalama gücü elde edilmiştir.

Abstract:
Free Electron Laser with tunable wavelength and high peak power based on electron accelerators can be produced in oscillator mode (O-FEL) including optical cavity system. In this study, optimization of the main parameters of electron beam, undulator magnets and optical cavity system of TARLA O-FEL facility is studied to obtain high peak power FEL beams in 3-250 micron wavelengths by using U35 and U110 undulator magnets.


In the begining, existing TARLA electron beam parameters are revisited to use in recently proposed U35 and U110 undulator magnets to produce FEL beams in 3-250 microns wavelength region. The types and materials of undulator magnets are defined and magnetic field patterns are obtained by RADIA software. The bandwidth of the FEL beams are defined and the parameter optimization required for maximum gain are done. The maximum deflection angle of electron beam in undulator magnets are defined. The type, length, main parameters of optical cavity system and the Gaussian beam spread are defined. In the optical cavity, to obtain high reflectivity for mirrors, needed coating materials and techniques are defined. Vacuum level and components for optical cavity system are also studied.


As a result, based on defined electron beam, U35 and U110 undulators and optical cavity parameters for TARLA facility, the wavelength, energy, peak and average photon fluxes and brightness, gain and lost percentages, peak and average powers of proposed FEL beams are obtained.