电磁波荡器及导引磁场中相对论电子三维运动的线性与非线性分析

本文详细地分析处于圆波导TE_mn模(或TM_mn模)及导引磁场中相对论性电子的三维运动。给出线性解析表达式及非线性数值计算结果。文中发现,通常情况下电子轨道在横平面的投影是圆环,环的厚度取决于电磁波荡器的场幅值;而当电磁波荡器是对称模式(m=0)时,电子轨道有可能发散。文中还讨论电磁波荡器是与电子运动同向传播的慢波这种特殊情况。     

磁场预增强的锥型波荡器

研究了波荡器磁场增强对提高自由电子激光器效率的影响。模拟计算发现采用磁场增强波荡器能使自由电子激光器的效率提高到１７．６％，采用磁场预先增强而后又增弱的锥型波荡器则能获得高达４３．３￥的输出效率，自由电子激光器的功率得到进一步的提高。     

纯永磁波荡器基波与谐波磁场的三维计算与测试

 对标淮的纯永磁波荡器进行了三维磁场的有限元计算,给出了纯永磁波荡器的基波与谐波磁场的幅值与相位,并与测试结果进行对比,结果表明,标准的纯永磁波荡器谐波磁场幅值比基波幅值低两个数量级。     

纯永磁波荡器基波与谐波磁场的三维计算与测试

对标淮的纯永磁波荡器进行了三维磁场的有限元计算,给出了纯永磁波荡器的基波与谐波磁场的幅值与相位,并与测试结果进行对比,结果表明,标准的纯永磁波荡器谐波磁场幅值比基波幅值低两个数量级。     

纯永磁波荡器磁场计算的三维修正

 用归一化量对纯永磁波荡器的磁场进行三维计算分析,讨论了一般情况下有限磁极宽度的三维修正以及对好场区的影响,给出了磁极宽度对通常二维近似的修正曲线以及在不同磁极宽度下相对场强的横向变化曲线。     

纯永磁波荡器磁场计算的三维修正

用归一化量对纯永磁波荡器的磁场进行三维计算分析,讨论了一般情况下有限磁极宽度的三维修正以及对好场区的影响,给出了磁极宽度对通常二维近似的修正曲线以及在不同磁极宽度下相对场强的横向变化曲线。     

波荡器位相误差及垫补计算

 给出了波荡器位相误差的函数式, 可由磁场峰值分布直接计算波荡器位相均方根误差。给出了波荡器垫补修正场的简单解析计算式, 可根据垫片的位置、大小、厚度、磁极间隙等参数直接计算出对磁场及位相的修正 。     

波荡器位相误差及垫补计算

给出了波荡器位相误差的函数式, 可由磁场峰值分布直接计算波荡器位相均方根误差。给出了波荡器垫补修正场的简单解析计算式, 可根据垫片的位置、大小、厚度、磁极间隙等参数直接计算出对磁场及位相的修正 。     

波荡器对电子储存环束流影响的研究

研究了国家同步辐射实验室二期工程新建波荡器对储存环束流产生的各种影响,计论了在高亮度模式下,波荡器产生的效应。结果表明：波荡器安装在第三直线节在两种工作模式下对环的影响都有小,不影响正常运行,无须补偿。但安装在第四直线节时,在高亮度运行模式下对电子束流的影响较大,如不进行补偿,环将无法正常运行。     

常参数波荡器自由电子激光中电子相轨道从周期性到非周期性的演化

本文讨论常参数波荡器(untapered wiggler)自由电子激光中电子的运动,发现考虑电子束与激光场之间的能量交换后,随着电子束等离子体频率增加,部份电子的相轨道将变成非周期性,随机型。 关键词：     

上海深紫外自由电子激光装置波荡器磁场调整

 在对上海深紫外项目的波荡器建造过程中,应用亥姆霍兹线圈系统测量了全部单磁块,并使用模拟退火法对磁块进行组合排序优化,使反映磁场的成本函数下降了3个数量级。对一段波荡器进行了多次测量、调整,使积分场、峰峰值误差、位相误差等各项指标达到设计要求。     

横向聚焦波荡器磁场的计算与分析

横向聚焦波荡器可用于电子束能量较低、函数较小的情况。在现有横向聚焦波荡器设计方案的基础上,通过倾斜磁块端面和磁极面提出了几种不同结构的横向聚焦波荡器方案。利用三维磁场模拟程序Radia,对这些波荡器的聚焦场特性进行了模拟计算,对其聚焦特性与主要参数的关系进行了研究,并与现有其他横向聚焦波荡器的聚焦特性进行了对比。对弱聚焦和强聚焦两种情况,分别给出较好的结构方案。对于弱聚焦,平均聚焦梯度随中心场强的增大而略有增大,变化不明显;对于强聚焦,平均聚焦梯度随中心场强的增大而明显增大,呈高次曲线关系。     

波荡器入口区绝热压缩磁场分布对自由电子激光输出功率和效率的影响

本文对波荡器(Wiggler)入口区绝热压缩磁场分布对自由电子激光输出功率、增益、效率的影响,进行了非线性计算机模拟.结果表明:磁场幅值沿轴向接立方函数分布,比通常采用的正弦平方函数和平方函数这两种分布更好,更接近实验值.     

均匀磁场中电子运动轨道的剖析

对于带电粒子在均匀磁场中的运动,流行的教科书只给出系统的能级和波函数,本对其运动轨道的细节加以分析,并给出其直观的物理图象。     

混合型波荡器的3维优化

以波荡器辐射波和共振电子能及混合型波荡器的解析计算为基础,通过3维磁场的有限元计算,在欧洲光源横向优化基础上,给出了同步辐射和自由电子激光用混合型波荡器纵向优化参数,进而给出了用于DUV FEL混合型波荡器的设计计算参数。加侧位和顶部永磁块后,峰值磁场分别提高到0.722T和0.773T,辅助以1μm量级分辨率的磁间隙调节机械系统,磁场分辨率好于10-4T量级。     

混合型波荡器的3维优化

 以波荡器辐射波和共振电子能及混合型波荡器的解析计算为基础，通过3维磁场的有限元计算，在欧洲光源横向优化基础上，给出了同步辐射和自由电子激光用混合型波荡器纵向优化参数，进而给出了用于DUV FEL混合型波荡器的设计计算参数。加侧位和顶部永磁块后，峰值磁场分别提高到0.722T和0.773T，辅助以1μm量级分辨率的磁间隙调节机械系统，磁场分辨率好于10^-4T量级。     

波荡器谐波场增强效应对电子自发辐射谱的影响

有效利用电子束在波荡器中运动时产生的谐波辐射,是获得更短波长辐射最直接的方法之一。提高波荡器磁场的谐波分量可以提高电子束的谐波辐射光场强度。分析了一种改进Halbach型波荡器结构,计算了其磁场的构成,分析表明这种结构可以使磁场的三次谐波分量提高至基波分量的25%左右。以合肥光源的电子束参数为例,计算了波荡器磁场谐波分量增强后对电子束自发辐射谱的影响。计算结果表明,波荡器磁场谐波分量增强至25%时,可以使电子束自发辐射的三次谐波辐射增强至基波辐射光子通量的67%左右。     

波荡器谐波场增强效应对电子自发辐射谱的影响

 有效利用电子束在波荡器中运动时产生的谐波辐射,是获得更短波长辐射最直接的方法之一。提高波荡器磁场的谐波分量可以提高电子束的谐波辐射光场强度。分析了一种改进Halbach型波荡器结构,计算了其磁场的构成,分析表明这种结构可以使磁场的三次谐波分量提高至基波分量的25%左右。以合肥光源的电子束参数为例,计算了波荡器磁场谐波分量增强后对电子束自发辐射谱的影响。计算结果表明,波荡器磁场谐波分量增强至25%时,可以使电子束自发辐射的三次谐波辐射增强至基波辐射光子通量的67%左右。     

上海光源真空波荡器Sm2Co17永磁铁的实验研究

对国产Sm2Co17永磁铁(XG30/20)研制工艺进行了改进,对三种成型-烧结设计所得到的永磁铁样品(65 mm27 mm7.2 mm)进行了测试与分析,结果表明,磁性能有所改善,磁矩一致性和稳定性良好,获得了国产真空波荡器Sm2Co17永磁铁的优化成型-烧结设计和磁场分布规律数据,对永磁铁实验研究结果原理进行了解释。     

上海光源真空波荡器Sm2Co17永磁铁的实验研究

对国产Sm2Co17永磁铁(XG30/20)研制工艺进行了改进,对三种成型-烧结设计所得到的永磁铁样品(65 mm27 mm7.2 mm)进行了测试与分析,结果表明,磁性能有所改善,磁矩一致性和稳定性良好,获得了国产真空波荡器Sm2Co17永磁铁的优化成型-烧结设计和磁场分布规律数据,对永磁铁实验研究结果原理进行了解释。