金 晓 黎 明 黎维华 谢 敏 余 虹 徐 勇 王 远 许 州 陈天才 刘 婕 林 东在初期研究阶段，高功率自由电子激光初级实验装置（简称 CFEL）目标是实现波长100mm的良好的FEL自发辐射。根据100mm远红外FEL装置2001年的调试和实验结果，我们对现有实验装置和调试过程中存在的一些问题进行了仔细分析，并结合存在问题对实验装置进行了改造。(1) 元件驱动电源的改造。电子束在传输过程中要受到各种磁元件的控制，磁元件驱动电源的稳定性将对电子束稳定性造成很大的影响，从而影响自发辐射能量波形的稳定性。原有装置使用的电源电流纹波系数大于0.1%，不能满足FEL实验的需要；现在使用的是新购PST- 3201电源，电流稳定性和电压稳定性都很好，纹波系数几乎为零。(2) 源系统的改造。电子束能量由束流负载和驱动微波源的功率决定，微波场的幅度和相位不稳定性，将会引起电子束团所处的加速场强和加速相位发生改变，从而导致电子能散变差，能量分布函数发生改变，并最终造成自发辐射能量波形的涨落；对于多波源系统，波源间的相位抖动同样会引起电子束能量的变化。在100m m远红外FEL实验研究中，我们采用的是两台输出功率为3.5MW的速调管分别驱动注入器和第一加速段；采用微波鉴相器，对注入器和第一加速段驱动微波源相位的测试结果显示：在一个宏脉冲范围内，微波相位的变化约为2°；对于不同的宏脉冲，微波相位还在不停地抖动，抖动的最大幅度为2°。分析结果认为，微波相位的抖动是由宏脉冲同步信号的抖动、调制器高压抖动和调制器高压纹波造成的。为了减小波源之间的相位抖动引起的自发辐射不稳定性，我们决定用一台大功率的速调管（9MW）通过功分来给注入器和第一加速段提供微波功率。(3) 减小FEL自发辐射谱宽。FEL自发辐射谱宽是FEL实验中最重要的参数，它直接反映了FEL装置的能力和调试状态。FEL对wiggler磁场峰值误差，电子束能散，发射度的要求是：由它们引起的自发辐射谱的展宽小于自然展宽的一半。100mm远红外FEL自发辐射谱自然展宽约为3%，而实验测得的谱宽大于6%，不能满足FEL实验的要求。加速器束流调试是减小FEL自发辐射谱宽的关键，而测量是实验工作的基础。为了得到电子束微脉冲流强的信息，同时也为电子束能散、微波加速相位的选择提供参考，我们对原有皮秒扫描相机进行了改造，使之满足了微脉冲宽度在线测量的要求。在完善束流测量手段的基础上，我们对注入器和第一加速段束流能散度进行了分析测试，暴露出来的主要问题有：注入器束流负载的变化对束流能量的影响较大，第一加速段和注入器之间的微波相位抖动引起束流能量变化和束流能散度增加，束流传输的聚焦状态影响束流能散度等。2002 年100mm远红外FEL自发辐射实验结果显示，改造工作使电子束能散得到了改善，自发辐射的不稳定性降低到小于30%。 |