4-18  CAEP自由电子激光摇摆器的改进

余  虹  黎维华

摇摆器是自由电子激光研究中的重要组成部分，它的性能好坏将直接决定电子束与光场相互作用的效率。理论和实验表明，摇摆器的磁场强度、峰值误差和好场区宽度对束波作用效率有很大影响，据此对摇摆器做出如下修改：周期长度由30 mm改为32 mm，磁块与磁极宽度的比值由9: 6改为11: 5；永磁块、磁极的形状和固定方式改变。通过上述改变可以提高摇摆器磁场强度、提高增益，以提高整个摇摆器品质。

(1)周期的修改。根据Halbach给出的混合型摇摆器磁场的经验公式和推导的永磁块工作点方程可知：增加周期长度可增加场强；磁极材料取饱和磁感应强度最高的铁钴钒合金（饱和磁感应强度大于2 T）；增加永磁块的厚度，可以提高工作点，但谐波分量增加；增加磁极的高度，工作点降低，但总磁通量增加。所以永磁块的厚度和磁极的高度的选择必须权衡考虑。永磁块的性能由永磁块的剩磁和矫顽力确定，增加永磁块的剩磁和矫顽力都可以提高工作点，但在磁能积一定的条件下，增加矫顽力较为有利。

综合考虑以上因素，确定磁块厚度为11 mm，磁极厚度定5 mm。永磁块材料采用北京钢研院的钕铁硼N39SH，其H_c=11.6 k Oe(1Oe»79.578 A/m)，N_g =12.3 kGs，(BH)_max=36 MG Oe(1Oe»79.578 A/m)。

磁块的筛选采用表场对称点测量法，筛选完成后对磁块进行优化组合，使磁块的搭配达到最佳。磁极采用重庆钢研院铁钴钒合金，饱和磁感应强度大于2 T，采用先退火后精加工的工艺保证磁极形状和精度。

(2)永磁块、磁极的形状和固定方式改变。由于永磁块和磁极的形状不规则，造成永磁块表面场不均匀，反映到磁极上场强不匀，给摇摆器调试增加工作量。为了减小不规则形状造成的影响，将永磁块、磁极和磁体框相应的结构进行调整。