用于自由电子激光器（FEL）的混合型波荡器研制

波荡器是相对论性电子束与光场相互作用的区域，在FEL研究中起着至关重要的作用。当电子束品质（能散、发射度、流强等）一定的情况下，波荡器的性能参数，如峰值场强、好场区大小等将直接决定FEL增益。波荡器按几何结构可分为平面型波荡器、锥化型波荡器、螺旋型波荡器等；按使用材料可分为永磁波荡器、混合型波荡器及电磁波荡器等。中物院FEL现主要进行100m远红外FEL.磁极材料为FeCoV，饱和磁通密度为2.4T；永磁块材料为NdFeB，剩磁为混合型波荡器磁路结构示意。2衡量波荡器性能的参数指标2.2.1峰值场强队峰值场强褚是指在一定的间隙条件下，该波荡器的磁场所能达到的zui大值。该参数主要体现了波荡器在磁性能方面的能力，它与波荡器参数尤存在以下关系：々为波荡器周期长度，本项目FEL混合型波荡器的々=3.2.心。另外，峰值场通密度B还通过波荡器参数K与放射波长2、电子束能量yw0c2、波荡器周期长度々存在下面的关系：2.2.4单电子小信号增益与理想增益的比率FEL的一个重要性能指标是小信号增益，它表示在小信号状态下光场与电子束相互作用后的能量增长程度。平面波荡器的小信号增益可由下式来估算：对于类似中物院FEL混合型波荡器这样的平面型波荡器，则需用K2/2替换上的K2.其中，K满对于中物院FEL混合型波荡器，波荡器周期N=38，K=0.967，则要求AK/K小于1.36%. 2.2.3单电子轨迹模拟中心偏移为了衡量波荡器磁场分布的好坏，在波荡器调试过程中常采用模拟中心束线（波荡器对称中心线）单电子轨迹的方法来进行判断。由于电子束团与光场的有效换能需要电子束团的横向运动始终位于光束的包络之内，也就是电子束团在波荡器磁场作用下的运动轨迹必须位于光束的包络内。假定电子束线与波荡器中心线严格重合，则电子束在波荡器作用段的轨迹中心偏移zui大允许量，应为束线上各点光斑半径与电子束横截面半径之差取zui小值。对于正在进行的100m远红外自由电子激共10个点的Bz值。

　　3.2优化组合及排序如所示，由于磁路中不同磁极（软磁）之间性能差异不大，只起导出磁通的作用，磁极上的磁场主要决定于左右两块永磁（磁块）磁通的叠加，因此优化组合数据处理时忽略了磁极的影响，考虑由磁块直接紧密相接时磁极上各点6值的情况；点的选取方法与磁块测试相同。为了便于区分，我们用表示第W个磁极中心点的叠加磁场；用瓜、表示第W个磁极沿I方向偏离中心点15mm的叠加磁场分别排出了两个序列，称为序列1与序列2，对应波荡器的上下两列，优化组合结果见。相对于均值否M偏差反映了峰-峰值误差，私、相对于万偏差反映了对称性好坏。由可以看出，优化组合的峰-峰值误差都小于1%；在中心点左右间隔15mm对称点的偏差都小于5%. 4调试结果FEL混合型波荡器现已研制完成，是该波荡器实物图，~为波荡器间隙为18mm条件下的调试结果。为中心束线磁场单电子轨迹模拟；为中心束线峰值磁场分布图；为I方向磁场均匀性（好场区）分布情况；为夕与尤的关系图，FEL混合型波荡器的尤=0.934x0.3235x3.2=0.9667，AX7尤取中的结果1.2%，从可以看出，单电子小信号增益与优化组合结果磁性材科及器件波荡器对称中心线上的单电子轨迹模拟（中心偏移<0.1mm）波荡器对称中心线上的峰值场强分布（平均峰值场强为323.5mT）N（磁场峰值序列）X方向磁场均性分布（好场区）（1-中心线左移3mm；2-中心线；3-中心线右移3mm；AK/Kzui大值约为1.2%）5结论中物院FEL波荡器采用Halbach混合型结构，在间隙为18mm的条件下，获得的峰值场强为323.5mT，好场区大于10mm，单电子模拟轨迹中（上接13页）心偏移小于0.1mm，单电子小信号增益与理想增益的比率高达98°%.北京富瑞恒创科技有限公司。