Генерация мягкого рентгеновского излучения в компактном лазере на свободных электронах с умножением гармоник

Проведено теоретическое исследование однопроходных лазеров на свободных электронах (ЛСЭ) с умножением гармоник в рентгеновском диапазоне с целью получения мощного излучения на наименьшей длине ЛСЭ с возможно более низкой энергией пучка и частотой затравочного лазера. Предложен каскадный ЛСЭ с двухчастотным ондулятором для группировки электронов на длинах волн высших гармоник. С помощью апробированной феноменологической модели ЛСЭ, которая учитывает все основные потери для каждой гармоники в каждом каскаде ЛСЭ, исследована динамика мощности излучения в ЛСЭ с каскадными умножителями гармоник. Изучено влияние качества пучка на генерацию рентгеновского излучения в ЛСЭ. Показано, что для эффективного использования гармоник в каскадном рентгеновском ЛСЭ нужны пучки электронов с разбросом энергии $\sigma_{e}\le$ 0.0002. Исследована эволюция мощности гармоник в нескольких каскадных ЛСЭ на длинах волн $\sim$ 2 – 3 nm с умножением гармоник затравочного лазера на длине волны 13.51 nm пика отражения Mo/Si и на 11.43 nm пика отражения MoRu/Be; мощность достигла $\sim$ 1 GW на длине ЛСЭ до 40 m. Кроме того, исследована работа многокаскадных ЛСЭ с готовым затравочным эксимерным UV лазером на длине волны 157 nm (F$_{2}$ excimer UV laser) и гармониками лазеров с CO$_{2}$ и C$_{2}$H$_{2}$ на 30 nm с пучком электронов энергии $\sim$ 0.6 GeV и током $\sim$ 1 kА. Моделируемое в этих ЛСЭ рентгеновское излучение на длине волны $\lambda$=2.5 nm и $\lambda$ = 3.3 nm достигло мощности $\sim$ 0.5 GW на $\sim$ 30 m.