در این پایان نامه، لیزر الکترون آزاد با ویگلر انباشته از پلاسما با استفاده از مدل جنبشی و مدل سیالی مورد بررسی قرار می گیرد. در مدل جنبشی با استفاده همزمان از معادلات ماکسول و معادله ولاسوف و با یک تابع توزیع مناسب برای بیم الکترونی و پلاسمای زمینه رابطه پاشندگی را بدست می آوریم. و همچنین با استفاده از مدل سیالی رابطه پاشندگی را با در نظرگرفتن جفت شدگی بین میدان ویگلر و موج بار-فضا در سرعت عرضی الکترون را بدست می آوریم. به طوری که این جفت شدگی ها در مدل جنبشی به طور ذاتی لحاظ نمی شوند. و از طرفی با مقایسه رابطه پاشندگی این دو مدل، دیده می شود که این جفتشدگی ها مهم هستند و همچنین نرخ رشد در غیاب این جفتشدگی ها محاسبه شده است. دو تیوری پیش بینی می کنند که برای بیم الکترونی و پلاسمای زمینه، با افزایش چگالی پلاسمای زمینه نرخ رشد فرکانس پایین افزایش می یابد و نرخ رشد فرکانس بالا کاهش می یابد البته تا یک چگالی معینی این روند ادامه می یابد. با افزایش چگالی پلاسمای زمینه ای که بیشتر از چگالی بحرانی باشد ناپایداری لیزر الکترون آزاد نداریم.

در این پایان نامه اثر امپدانس دیواره و خودمیدانها به طور همزمان بر روی ناپایداری میزرسیکلوترون برای یک پرتو لایه ای الکترونی بررسی شده است. محاسبات در چارچوب معادلات ماکسول-ولاسوف خطی شده انجام یافته و ضخامت پرتو بسیار کوچکتر از شعاع متوسط آن می باشد. رابطه پاشندگی برای اختلالات الکترومغناطیسی با تقارن سمتی بدست آمده است. نشان داده می شود که وجود خودمیدانها باعث ایجاد نوسانات شعاعی با فرکانس بتانرونی می شود و نرخ رشد ناپایداری در اثر امپدانس دیواره و خودمیدانها کاهش می یابد و با وجود خودمیدانها افزایش ناچیز امپدانس سبب افزایش محدوده ناپایداری می شود.

بررسی اثر خود میدانهای مغناطیسی و الکتریکی بر برهمکنش لیزر الکترون آزاد در رژیم رامان به علت وجود دانسیته بالا و انرژی پایین الکترونها از اهمیت زیادی برخوردار است اخیرا جفت شدگی بین امواج در لیزر الکترون آزاد در حضور میدان های مغناطیسی ویگلر پیچشی یک بعدی و محوری مطالعه و خصوصیات آن بررسی شده جفت شدگیهای جدیدی بدست آمده است در این پروژه خود میدان الکتریکی باریکه نسبیتی که از معادله پواسون و خود –میدان مغناطیسی که از قانون آمپر و با در نظر گرفتن اثرخودمیدانهای ناشی از سرعت محوری در مرتبه های بالاتر به دست آمده در محاسبات منظور گردیده و تاثیر خود میدانها در تحلیل لیزر الکترون آزاد بررسی شده است با حل عددی رابطه پاشندگی امواج در حضور ختود-میدانها جفت شدگی بین امواج بدست می آید

در این تحقیــق از نظریه سیالی برای بر همکنش لیزر الکترون آزاد استفاده می شود. رابطه پاشندگی لیزر الکترون آزاد در میدان مغناطیسی ویگلر پیچشی با هدایت کانال یونی و با در نظر گرفتن خود-میدان ها در رژیم رامان به دست آورده می شود و به صورت عددی و تحلیلی مورد بررسی قرار می گیرد. مطالعات ما نشان دهنده این است که با در نظر گرفتن خود-میدان ها، نرخ رشد امواج در مسیرهای گروه و در مقایسه با حالت بدون خود-میدان ها به ترتیب کاهش و افزایش می یابد.

در این رساله ابتدا به بررسی مفاهیم اولیه ی تئوری لیزر الکترون آزاد می پردازیم سپس در بخش سوم به توصیف مکانیزم لیزر الکترون آزاد در رژیم خطی می پردازیم تابش خودبخودی الکترون در عبور از میدان مغناطیسی ویگلر و اثر میدان الکترومغناطیسی تابش بر حرکت الکترونها را بررسی می کنیم بخش چهار و پنج موضوع اصلی این پایان نامه است که به بررسی مکانیزم لیزر الکترون آزاد در رژیم غیرخطی می پردازد در بخش چهار در زیربخش اول حل تحلیلی لیزر الکترون آزاد با ویگلر مغناطیسی و میدان محوری b مورد بحث قرار می گیرد. در زیربخش بعد، به این ساختار کانال یونی اضافه می شود و در نهایت کلی ترین معادلات حاکم بر لیزر الکترون آزاد با ویگلر الکترومغناطیسی، میدان محوری b و کانال یونی بدست می آید. بخش پنجم به ارائه ی نتایج عددی و نتیجه گیری اختصاص یافته است.

در این تحقیق به بررسی شبیه سازی وابستگی زمانی لیزر الکترون ازاد پرداخته شده و کد یک بعدی کامل لیزر الکترون آزاد با تصحیحات سه بعدی اراپه شده است. همچنین به دو موضوع بحث بر انگیز لیزر الکترون ازاد پرداخته شده است. بررسی لیزر الکترون ازاد دو بیم که با هدف تقویت هارمونیک برای داشتن لیزر الکترون آزاد با طول موج کوتاه انجام شده است. لیزر الکترون آزاد دو رنگ یکی از موضوعات جدید و پر چالش است . در این پایان نامه روشی جدید برای داشتن یک لیزر الکترون آزاد با دو رنگ و دو قطبیت متفاوت ارایه شده است.