Dynamique longitudinale et transverse d'un laser à électrons libres basé sur un anneau de stockage de deuxième et troisième génération

par Christelle Bruni

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Marie-Emmanuelle Couprie.


  • Résumé

    Ce travail a permis d'améliorer la compréhension de la dynamique d'un Laser à Electrons Libres (LEL) installé sur un anneau de stockage. Un nouveau phénomène de saturation du LEL, par les dimensions transverses des paquets d'électrons, est mis en évidence, lorsque le LEL fonctionne avec une optique magnétique " faible émittance ". Une partie de ce travail de thèse concerne l'étude de la dynamique longitudinale du LEL en fonction d'un paramètre : le désaccord entre la fréquence de passage des électrons et la fréquence d'aller-retour de l'impulsion laser dans la cavité optique. Cette étude montre que le LEL présente selon le désaccord un comportement pulsé ou stationnaire stable, en accord avec un modèle numérique. En outre, un comportement spectro-temporel du laser est mis en évidence, montrant l'apparition de sous-structures au sein de l'impulsion laser ainsi que des 'trous' dans le spectre. Une autre partie de ce travail porte sur la réponse du système LEL résonnant, lorsqu'une perturbation est appliquée sur son gain. Le laser peut alors présenter sous l'effet d'une modulation, un régime périodique ou chaotique. L'analyse de ces régimes montre que la transition vers le chaos s'effectue par une cascade de doublement de période. Après avoir généré une dynamique temporelle du LEL périodique et chaotique grâce à une modulation, une contre-réaction est réalisée afin de supprimer les régimes pulsés naturels du LEL en faveur d'un régime stationnaire stable. De plus, des boucles électroniques supplémentaires permettent d'amortir les instabilités longitudinales (de type secteur) affectant tout particulièrement le LEL d'ELETTRA.


  • Résumé

    This work aims at improving the understanding of the dynamics of a Free Electron Laser (FEL) based on a storage ring. A new phenomena of saturation by the electron bunch transverse dimensions is pointed out, during the FEL operation with a magnetic optics ''low emittance''. A part of this thesis work concerns the study of the longitudinal dynamics of the FEL depending on a parameter : the detuning between the pass frequency of the electrons and the back and return frequency of the laser pulse in the optical cavity. This study shows that the FEL presents a pulsed or a steady state behavior depending on the detuning. Besides, a spectro-temporal behavior of the FEL is pointed out showing the FEL pulse substructures and holes in the spectrum. Another part of this work concerns the response of the resonant FEL system, when a perturbation is applied on the gain. Under the effect of a modulation, the FEL can present a periodic or chaotic regime. The analysis of these regimes shows that a period doubling cascade leads to chaos. After having generated a pulsed or chaotic temporal dynamical behavior of the FEL thanks to a modulation, a feedback is realized to suppress the natural pulsed regimes of the FEL in favor of a steady state regime. In addition, supplementary electronic loops allow to damp longitudinal instabilities (50 Hz and its harmonics), affecting particularly the ELETTRA FEL.

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Informations

  • Détails : 169 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.135-143

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2004)165
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