自由电子激光器(又称 FEL)在许多领域有着广泛的应用前景,许多国内外科研机构都相继开展了这方面的工作,并已取得了许多重要成果。目前宽带、小型、低成本、高平均功率的自由电子激光是人们关注的焦点,尤其是小型化已成为制约自由电子激光发展的一个重要因素。等离子体填充高功率微波器件,得以改善器件特性,这方面的工作在一些实验研究中已经被人们所关注并取得了一些成果。 本文利用 MAGIC 程序研究了一种新型的同轴混合铁磁摇摆器型自由电子激光放大器。针对该放大器中摇摆器磁场的特点,选择了适当的磁场输入形式,顺利实现了对该结构摇摆器自由电子激光放大器的粒子模拟研究。分析了该器件的工作带宽、增益、饱和长度等参数,并对在这种激光器中采取参数渐变方法提高增益的情况也进行了分析研究。粒子模拟研究结果表明,所得结果和理论分析结果基本吻合。利用 MAGIC 程序对等离子体填充同轴波导自由电子激光器进行了粒子模拟研究。分析了填充等离子体对器件带宽、饱和距离、增益等带来的影响,在模拟过程中观察到了等离子体填充后存在一临界密度,大于临界密度后,电子和光波不能发生同步互作用。模拟结果和理论分析所得到的结论基本一致。本文通过对同轴波导自由电子激光放大器以及等离子体填充对该器件的影响进行粒子模拟和理论研究,取得了一些具有理论和应用价值的研究成果:1).采用粒子模拟的方法对同轴混和铁磁摇摆器型自由电子激光这种新型的 FEL 器件进行了研究。分析了该器件的增益、带宽、效率等,并研究了参数渐变方法对提高输出功率的影响。2)采用粒子模拟的方法研究了同轴混合铁磁摇摆器型自由电子激光器中填充等离子体情况,结果表明虽然功率没有明显增加,但是等离子体填充之后器件的带宽增加,并且在一个合适的密度范围内可有助于减小饱和距离;理论和 PIC 模拟研究表明,存在临界等离子体密度,大于临界密度后,电子和光波不能发生同步互作用。