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4-36 100μm FEL 摇摆器研究进展谢 敏 余 虹摇摆器是自由电子激光（ FEL）的一个关键部件。自由电子激光的增益和效率取决于电子束在摇摆器中和光场的相互作用，有效地换能需要电子同时在摇摆器和辐射场的作用下产生谐振。在实验中，无论电子束还是摇摆器在质量方面稍稍偏离设计值，自由电子激光的性能都将有明显的下降。我院正在进行的100mm FEL调试实验中所用的是一台大型的混合型摇摆器。该摇摆器的设计周期30mm，周期数为50，间隙从16~25mm可调，最大峰峰值误差1%。第一次装调完成后，摇摆器基本到达设计指标。考虑到磁性材料自身的稳定性以及摇摆器长期悬置造成的框体支架的整体变形等因素的影响，摇摆器的磁场特性会随时间的推移发生变化，所以100mm FEL实验前必须对摇摆器进行磁场参数测试和调节，以满足实验要求。 将霍尔片放置在接近摇摆器几何中心轴线的位置上进行磁场测量，其磁场分布和轨迹分别如图1，2所示。摇摆器的最大磁场峰峰误差为2.3%，电子束轨迹最大偏移2.4mm。
为获得比较好的电子束轨迹，将霍尔片沿摇摆器的轴向x方向移动。当霍尔片的顶端距摇摆器的外侧边缘（靠测量系统一侧）约80.44mm时，电子束轨迹较平，如图3所示，这时摇摆器的最大磁场峰峰误差为2.5%。 根据此次的测试结果，经过一段时间搁置后，摇摆器的峰值磁场略有降低，均匀性发生较大的变化，摇摆器的物理中心已经远离几何中心。在摇摆器间隙为18mm时，摇摆器的平均峰峰值磁场约为2700Gs，峰峰值误差大于2%。实验时如果首先考虑电子束以较好的轨迹（如图3的轨迹）通过摇摆器，则以目前摇摆器的现状，摇摆器的峰值误差会较以前大许多，约为2.6%。将图3轨迹对应的摇摆器参数计算可得到摇摆器的K值接近0.6，在这种条件下FEL小信号增益约为14%。摇摆器的峰值磁场和峰峰值误差除了影响FEL信号的增益，还会对FEL的自发辐射谱产生影响，计算得到图3轨迹对应的自发辐射谱的幅度比理想情况下降了将近43%，若综合考虑其它实验误差得到的自发辐射实验谱，该谱线约为理想谱的50%。总之，较大的峰值磁场误差和较低的峰值磁场将使得FEL实验的总增益降低，同时自发辐射信号的幅度也会减小，具体情况还要通过实验验证。 |
