用模拟退火法进行纯永磁波荡器磁块组合优化

 纯永磁波荡器由多个磁块组成,磁块的剩磁离散性会引起波荡器磁场误差,从而影响储存环工作状态和自发辐射谱质量。在波荡器磁块安装之前,使用模拟退火法对磁块进行组合排序优化,可以使峰值场强误差降低到10 ^-4量级以下,磁场一次积分降低到10^-6 T·m量级,二次积分降低到10 ^-6 T·m ²量级,优化结果不依赖于初始状态的选择。给出优化的详细过程,提出了根据磁块剩磁快速计算波荡器峰值场强误差和积分场的方法。     

一种用于波荡器磁中心高精度标定的磁靶标

波荡器磁中心轴的标定是保证自由电子激光装置波荡器安装准直精度的重要前提。介绍了一种利用磁靶标实现波荡器磁中心高精度标定的方法。设计制造了由若干块永磁块组合构成的磁靶标,其能产生一正一斜两个高梯度四极场。测出了两四极场垂直分量的零点位置分布并依此给出了磁靶标的具体使用方法。结果表明:标定后的波荡器磁中心在磁靶标坐标系中水平方向测量精度好于±20 μm,垂直方向测量精度好于±2 μm。     

太赫兹自由电子激光波荡器的设计、测量与优化

波荡器电子轨迹中心偏移和磁场误差对CTFEL装置性能影响很大,通过前期设计和后期测量与优化将其限制在指标要求范围内。在前期设计中尽量避免引入全局性的系统误差:磁结构具有平面反对称结构,保证电子轨迹中心和波荡器磁轴重合;磁结构端部的特殊设计减弱了间隙对出口磁场二次积分的影响;机械系统的大梁和立柱具有良好的刚性,闭环控制系统保证了高的波荡器间隙控制精度,这些措施降低了间隙不一致引入的磁场误差。在后期测量与优化中削弱了磁场的残存全局系统误差和局部随机误差:利用磁场点测台测量了波荡器磁场的纵向和横向分布,通过调节标准单元组件位置对磁场进行了垫补和优化,优化后电子轨迹中心偏移、峰峰值误差、相位误差、好场区及其误差均满足指标要求。     

混合型波荡器的研制

介绍一台１．５ｍ的混合型波荡器（ＵＮＤＵＬＡＴＯＲ）的研制，包括设计、磁块的优化组合、磁场测量系统和磁场调整技术。这台波荡器主要用于中红外自由电子激光的研究，其磁场峰值均方根误差０．５％，磁场导向误差１ｍＴ·ｃｍ，电子轨迹偏离０．０３ｍｍ。     

2维全自动亥姆霍兹线圈磁块测量方法

在波荡器和扭摆器的研制过程中,为提高磁块的测量效率和精度,提出了2维全自动亥姆霍兹线圈磁块测量方法。通过理论推导得到仅采用2维全自动旋转而不需要3维旋转就可以实现磁块的全自动测量,降低了磁块全自动测量的实现难度。根据该方法的理论,已成功研制出一台2维全自动亥姆霍兹线圈测量装备,并在上海光源的磁块测量中使用。系统地给出2维全自动亥姆霍兹线圈磁块的测量理论和方法,并对测量误差进行了分析,该系统实现了磁块剩磁测量的高效率、高精度和高重复性,可以在30 s内完成单磁块的测量,重复性和精度均好于510-4。     

翻转线圈系统在波荡器积分场测量中的应用

 为了更有效地测量用于上海同步辐射光源波荡器的积分场误差,在已有的伸展线磁测系统的基础上研制了一套翻转线圈磁测系统,该系统的运动控制、数据采集和数据分析处理均可自动完成。在利用这套磁测系统测量3.4×10^-6 T·m磁场积分时获得高于1×10^-6 T·m的测量精度,初步的实验结果表明这套波荡器积分磁场测量系统具有测量精度好、速度快的特点,与已有的伸展线磁测系统、平移线圈磁测系统和霍尔点测系统相比,它更适合于测量波荡器的一、二次场积分和多极场分量。     

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。     

上海光源首批波荡器永磁块研制

介绍了上海光源2台混合型真空室内波荡器IVU25用636件Sm2Co17永磁块(规格为65 mm×25 mm×8.965 mm)和1台APPLE-Ⅱ型椭圆极化波荡器EPU100用668件NdFeB永磁块(规格为35 mm×35 mm×25 mm)的研制情况。指出了影响剩磁离散性、磁化偏角、机械尺寸精度等技术要求的基本因素,并对其原理进行了分析。研制的Sm2Co17和NdFeB永磁块的磁性能、磁场品质、机械尺寸精度等满足了上海光源首批波荡器插入件技术要求。     

波荡器位相误差对自由电子激光

对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明:与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

波荡器位相误差对自由电子激光

 对波荡器位相误差对自由电子激光小信号增益的影响进行了分析讨论。对低增益情况解析地给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。结果表明：与自发辐射类似增益的降低与位相误差的方差成简单的指数关系，位相误差的线性变化部分引起最大增益的位移，还表明波荡器位相误差存在时Madey定理仍然成立。对高增益情况也给出了波荡器位相误差引起的增益降低因子。     

Experimental study of magnet undulators with pulsed-wire method

Experimental study of magnetic characteristics of planar magnet undulator for terahertz FEL has been carried out with use of pulsed-wire method. Special attention was given to the procedure of measurement of the second integral of undulator magnetic field, which shows variation of the beam position at passing the undulator magnetic system.     

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。     

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。     

上海深紫外自由电子激光波荡器的端部磁结构设计

 针对固定间隙的上海深紫外自由电子激光（SDUV-FEL）混合型波荡器的端部,用Radia程序进行了模拟计算。在端部不加任何电磁线圈补偿的情况下,通过减小端部磁铁、磁极的体积和变动端部磁极位置的方法对波荡器磁场进行了优化,优化以后波荡器横向磁场的边缘场强度降到5×10^-4 T（距离端部磁块边缘10 mm处）,边缘场波形没有了明显突起,优化后的横向磁场的一次积分曲线和二次积分曲线都有很大改善,端口处的一次积分值、二次积分值接近于零。     

用于THz源的混合型波荡器数值模拟

波荡器是基于自由电子激光的小型THz源关键器件, 其可调节的周期性磁场结构与两端的光腔配合, 使得穿越的电子束产生带增益的相干辐射, 最终达到THz源所需要的功率. 同纯永磁结构相比, 混合型波荡器通过软铁材料调节由永磁块磁化方向性差异导致的磁场分布误差, 同时可提供更高的场强. 本文针对小型THz源需求, 对混合型波荡器进行了相关物理设计. 在解析方法分析的基础上, 采用OPERA3D/TOSCA有限元分析软件, 对波荡器进行了三维磁场数值模拟和积分场优化. 通过对波荡器端部结构的调整, 优化后模型的一次场积分(导向误差)小于0.01Gs﹒m, 电子轨迹偏移小于0.02mm.     

合肥同步辐射光源波动器UD-1物理设计

 介绍了国家同步辐射实验室二期工程新建波动器UD-1的物理设计，给出了设计参数和主要技术要求。从储存环电子束流的要求和用户对光源的要求两方面分析了波动器磁场品质应满足的技术指标，给出UD 1的磁场一次积分值应小于2×10^-4T·m，二次积分值应小于2×10^-4T·m ²,相位误差应小于10°。     

On Undulator Radiation in Infrared and Millimeter Wave Ranges: Part 1—Classical Description

In this paper the results of theoretical and experimental research of the motion and radiation of low-voltage electron beams in Motz undulator are given. Constant magnetic field of undulator ordinary magnet under some conditions can be substituted for field of magnet dipole. Such substitution allows us to accurately integrate the electron trajectory. We can with the high accuracy consider this field as chaotic and this fact allow us to use well-known Ginsburg theory for estimation of power of braking radiation. There are longitudinal and transversal components of magnetic fields of described structure. The longitudinal component can be gained by covering of external longitudinal constant magnetic field. In this connection certain resonance effects are observed.     

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。     

Refurbishment of a used in‐vacuum undulator from the National Synchrotron Light Source for the National Synchrotron Light Source‐II ring

The National Synchrotron Light Source (NSLS) ceased operation in September 2014 and was succeeded by NSLS‐II. There were four in‐vacuum undulators (IVUs) in operation at NSLS. The most recently constructed IVU for NSLS was the mini‐gap undulator (MGU‐X25, to be renamed IVU18 for NSLS‐II), which was constructed in 2006. This device was selected to be reused for the New York Structural Biology Consortium Microdiffraction beamline at NSLS‐II. At the time of construction, IVU18 was a state‐of‐the‐art undulator designed to be operated as a cryogenic permanent‐magnet undulator. Due to the more stringent field quality and impedance requirements of the NSLS‐II ring, the transition region was redesigned. The control system was also updated to NSLS‐II specifications. This paper reports the details of the IVU18 refurbishment activities including additional magnetic measurement and tuning.