| 英文部分 | 第4-182页 |
| Abstract | 第4-6页 |
| Acknowledgements | 第19-21页 |
| 1 Introduction | 第21-31页 |
| 1.1 Overview of FELs | 第22-25页 |
| 1.2 FEL operation modes | 第25-27页 |
| 1.3 Future development of FELs | 第27-29页 |
| 1.4 Thesis organization and innovation | 第29-31页 |
| 2 Basic principles of Free Electron Lasers | 第31-73页 |
| 2.1 Electron beams | 第32-37页 |
| 2.1.1 Electron beam phase space | 第32-33页 |
| 2.1.2 Electron beam emittance | 第33-34页 |
| 2.1.3 Electron beam propagation | 第34-36页 |
| 2.1.4 Electron distribution in phase space | 第36-37页 |
| 2.2 Radiation beams | 第37-44页 |
| 2.2.1 Angular spectrum diffraction | 第37-39页 |
| 2.2.2 Radiation energy transport | 第39-41页 |
| 2.2.3 Wigner distribution function | 第41-42页 |
| 2.2.4 Spatial and temporal coherence | 第42-44页 |
| 2.3 Basic FEL theory | 第44-64页 |
| 2.3.1 Electron trajectory in an undulator | 第44-47页 |
| 2.3.2 Longitudinal dynamics of FEL | 第47-52页 |
| 2.3.3 Low-gain regime | 第52-56页 |
| 2.3.4 High-gain regime | 第56-60页 |
| 2.3.5 1-D solution of high-gain FEL | 第60-63页 |
| 2.3.6 Parameter optimization of high-gain FEL | 第63-64页 |
| 2.4 Fully coherent free electron lasers | 第64-71页 |
| 2.4.1 External seeded free electron laser | 第64-67页 |
| 2.4.2 Self-seeding free electron laser | 第67-69页 |
| 2.4.3 X-ray Free electron laser oscillator | 第69-71页 |
| 2.5 FEL simulation codes | 第71-72页 |
| 2.6 Conclusion | 第72-73页 |
| 3 Dynamical theory of X-ray diffraction | 第73-98页 |
| 3.1 Historical developments | 第74-75页 |
| 3.2 Dynamical theory of X-ray diffraction | 第75-87页 |
| 3.2.1 Maxwell equations inside the crystal | 第76-78页 |
| 3.2.2 Solution for two-beam diffraction | 第78-80页 |
| 3.2.3 Dispersion surface in reciprocal space | 第80-81页 |
| 3.2.4 Bragg and Laue diffraction geometries | 第81-84页 |
| 3.2.5 Crystal detuning effect in X-ray diffraction | 第84-86页 |
| 3.2.6 Darwin width in Bragg geometry | 第86-87页 |
| 3.3 Transmissiveity and reflectivity in Bragg and Laue geometries | 第87-96页 |
| 3.3.1 Amplitude ratio of refracted and reflected waves | 第88页 |
| 3.3.2 Thin crystal in Bragg geometry | 第88-92页 |
| 3.3.3 Thin crystal in Laue geometry | 第92-94页 |
| 3.3.4 Transverse offset of Bragg diffraction | 第94-96页 |
| 3.4 The applications in HXRSS FEL | 第96-97页 |
| 3.5 Summary and discussion | 第97-98页 |
| 4 Studies on seed generation and seed properties of HXRSS | 第98-117页 |
| 4.1 Introduction and motivation | 第98-99页 |
| 4.2 Seed generation for HXRSS FEL | 第99-107页 |
| 4.2.1 One dimensional seed generation | 第100-103页 |
| 4.2.2 Quasi-three-dimensional seed generation | 第103-104页 |
| 4.2.3 Three dimensional seed generation | 第104-107页 |
| 4.3 Spectral properties of seed | 第107-109页 |
| 4.4 HXRSS FEL operation mode | 第109-116页 |
| 4.4.1 Short-bunch operation mode | 第111-112页 |
| 4.4.2 Long-bunch operation mode | 第112-116页 |
| 4.5 Summary and conclusion | 第116-117页 |
| 5 Efficiency enhancement by crystal detuning in HXRSS FEL | 第117-130页 |
| 5.1 Introduction and motivation | 第117-118页 |
| 5.2 Efficiency enhancement by undulator tapering | 第118-122页 |
| 5.3 Efficiency enhancement by crystal detuning effect | 第122-129页 |
| 5.3.1 Detuning effect of crystal monochromator | 第122-124页 |
| 5.3.2 Crystal detuning in hard self-seeding FEL | 第124-127页 |
| 5.3.3 Crystal detuning effect in XFELO | 第127-129页 |
| 5.4 Summary and discussion | 第129-130页 |
| 6 The fluctuation of hard X-ray self-seeding Free Electron Laser | 第130-142页 |
| 6.1 Intrinsic fluctuation of SASE | 第132-134页 |
| 6.2 Fluctuation associated with crystal bandwidth | 第134页 |
| 6.3 Fluctuation arising from electron beam energy jitter | 第134-136页 |
| 6.4 Fluctuation induced by the angular jitter | 第136-137页 |
| 6.5 Fluctuation arising from the time jitter | 第137-139页 |
| 6.6 Fluctuation caused by crystal detuning effect | 第139-140页 |
| 6.7 Summary and discussion | 第140-142页 |
| 7 An optimal HXRSS scheme of LCLS-Ⅱ | 第142-163页 |
| 7.1 The operating modes of LCLS-Ⅱ | 第143-144页 |
| 7.2 Self-seeding scheme | 第144-146页 |
| 7.3 Damage discussion | 第146-147页 |
| 7.4 HXRSS of LCLS-Ⅱ 4GeV operation mode | 第147-154页 |
| 7.4.1 Electron beam and crystal parameters | 第148-149页 |
| 7.4.2 Lower limit: 3.25 keV | 第149-151页 |
| 7.4.3 Upper limit: 4.25 keV | 第151-154页 |
| 7.5 HXRSS of LCLS-Ⅱ-HE 8GeV operation mode | 第154-159页 |
| 7.5.1 Electron beam and crystal parameters | 第154-156页 |
| 7.5.2 One-stage HXRSS investigation | 第156-157页 |
| 7.5.3 Emittance tolerance investigation | 第157-159页 |
| 7.6 HXRSS of CuRF-Linac operation mode | 第159-162页 |
| 7.7 Conclusion | 第162-163页 |
| 8 Summary and discussion | 第163-167页 |
| 8.1 Summary | 第163-165页 |
| 8.2 Discussion | 第165-167页 |
| Bibliography | 第167-178页 |
| Biography | 第178-182页 |
| 中文部分 | 第182-195页 |
| 中文摘要 | 第182-184页 |
| 第一部分 绪论 | 第184-185页 |
| 第二部分 自由电子激光基本理论 | 第185-186页 |
| 第三部分 X射线衍射动力学理论 | 第186-188页 |
| 第四部分 种子光的数值模拟和种子光特性研究 | 第188-190页 |
| 第五部分 髙效率硬X射线自种子自由电子激光研究 | 第190-191页 |
| 第六部分 硬X射线自种子自由电子激光种子能量的抖动性研究 | 第191-193页 |
| 第七部分 LCLS-Ⅱ硬X射线自种子自由电子激光方案研究 | 第193-195页 |
| 第八部分 总结和展望 | 第195页 |
