Chaos in free electron laser oscillators

The chaotic nature of a storage-ring Free Electron Laser (FEL) is investigated. The derivation of a low embedding dimension for the dynamics allows the low-dimensionality of this complex system to be observed, whereas its unpredictability is demonstrated, in some ranges of parameters, by a positive Lyapounov exponent. The route to chaos is then explored by tuning a single control parameter, and a period-doubling cascade is evidenced, as well as intermittence.Comment: Accepted in EPJ

APPLICATION OF TRANSVERSE GRADIENT WIGGLERS IN HIGH EFFICIENCY STORAGE RING FEL's

La puissance de sortie, l'efficacité et le gain d'un laser à électrons libres sur anneau de stockage peuvent être nettement améliorés avec l'utilisation d'un onduleur présentant un gradient transversal, "gain-expanded wiggler". Les paramètres critiques pour la réalisation d'un tel projet sont la dispersion en énergie, le courant crête et l'émittance. Une longue région d'interaction (10 mètres) doit aussi être prévue.A significant improvement in the power output, efficiency, and gain of storage ring FEL's can be realized through the use of a gain-expanded wiggler. The design of such systems must emphasize energy acceptance, peak current, and emittance. Long (10 m) interaction lengths must also be provided

ADDITIONAL BUNCH LENGTHENING RESULTS ON THE ACO SRFEL

Nous présentons des résultats supplémentaires à propos de l'expérience d'allongement de paquet du laser à électrons libres sur l'anneau de stockage A.C.O. Ils sont en accord avec le modèle stochastique de chauffage des paquets.We present additional low current bunch lengthening data from the ACO-SRFEL project which further verfity the stochastic heating model

REVIEW OF RECENT EXPERIMENTAL RESULTS FROM THE STANFORD 3µm FREE ELECTRON LASER

De nouvelles mesures ont été faites sur le laser à Electrons Libres de Stanford en utilisant un faisceau d'électrons de meilleure qualité. Pour la première fois, nous avons étudié la structure temporelle des impulsions optiques en employant une technique d'autocorrélation optique. Les nouvelles mesures sont comparées avec les mesures précédentes. Certains aspects énigmatiques des mesures précédentes semblent être corrélés avec les caractéristiques du faisceau d'électrons. Les résultats d'expériences d'autocorrélation indiquent que la longueur des impulsions optiques est voisine de celle donnée par la simple transformée de Fourier du spectre. Les impulsions sont plus courtes que prévues lorsque la longueur de la cavité est plus courte que la longueur de synchronisme. Nous relatons aussi des experiences faites sur le deuxième harmonique et sur les effets du champ magnétique solénoïdal sur le fonctionnement du laser.New data has been taken on the Stanford Free Electron Laser (FEL) with improved electron beam characteristics. For the first time we have studied the temporal structure of the optical pulses using optical autocorrelation techniques. The new data is compared and contrasted with earlier data. Several puzzling aspects of the previous data appear correlated with drifts in the spectrum and current of the electron beam. Autocorrelation results indicate nearly transform limited pulses which are shorter than expected at large values of the cavity length detuning. We also report here experiments carried out to study the intrinsic second harmonic radiation and the effects of the superimposed solenoidal magnetic field on laser operation

Results of the free electron laser oscillation experiments on the ACO storage ring

A storage ring free-electron laser oscillator has been operated above threshold at a visible wavelength λ ≃ 6 500 Å. This laser was obtained with electrons of 166 MeV circulating in the storage ring ACO. The light emitted by the electrons passing through an optical klystron (a modified version of an undulator) is stored in a high-Q optical cavity. First some below laser threshold phenomena are reported. Then the spectral and macro-temporal structure of the laser are described. The average power is shown to be consistent with the limit imposed by the heating of the electron beam (Renieri's limit). Finally a factor of 100 enhancement in the peak power, over the Renieri's limit, has been obtained by driving the laser with an external low frequency generator.On a fait fonctionner un laser à électrons libres sur anneau de stockage à 6 500 Å de longueur d'onde. L'effet laser a été obtenu avec des électrons de 166 MeV circulant dans l'anneau de stockage ACO. La lumière émise par les électrons lorsqu'ils passent à travers un klystron optique (une version modifiée de l'onduleur) est stockée dans une cavité optique à faibles pertes. On analyse tout d'abord les phénomènes sous le seuil. La seconde partie décrit les caractéristiques spectrales et macrotemporelles du laser. On montre que la puissance moyenne est en accord avec la limite imposée par le chauffage du paquet d'électrons (limite de Renieri). Finalement une augmentation d'un facteur 100 de la puissance crête, a été obtenue en asservissant le laser à un générateur extérieur de signaux basse fréquence