4-24  自由电子激光摇摆器磁场测量系统改进

王  远  黎  明  余  虹

为了实现FEL的短波长、高效率和高增益，要求摇摆器达到较高的磁场强度和很高的磁场均匀性，特别是要求磁场的一次积分和二次积分值很小，以保证电子在出口处的横向速度和位置与入口处基本一致。在单电子轨迹模拟中，要求电子轨迹中心线偏离在±0.15 mm以内，以满足自发辐射实验的需要。

目前，为满足100 mm FEL系统的要求，实验室设计组装了一台混合型摇摆器，周期长度32 mm，共有43个周期。根据理论计算，要求在束线中心上磁场强度各峰值与峰值平均值之差，与峰值平均值之比均小于1%。

　　为了对摇摆器的性能进行检验，并对其进行调整，一套精准的磁场测量系统是非常重要的。为了给摇摆器的组装调试提供可靠的依据，对原有的磁场测量系统进行了改进：(1) 把原有的美国LakeShore公司的Model 421高斯计改为Model 460高斯计，提高了高斯计磁场相对测量精度，以更准确地测量磁场；(2) 把原有的测量方式由连续运动测量改为断续运动测量，由高斯计不换档测量改为高斯计换档测量，提高了位置和磁场测量数据的准确性；(3) 对原有测量软件进行了改进，使之适用于新购买的设备，并增添了计算峰峰误差、周期长度等功能。

　　新的磁场测量系统组装完毕后，对其进行了前期的系统调试，以保证以后正式测量中该系统的准确性和可靠性。系统调试包括高斯计霍耳探头的零漂测试和整体测量重复性的测试。在零漂测试中，观察到是1 h内零点波动在2´10^-6 T以内。在整体测量重复性测试中，解决了温度影响、地线干扰、探头抖动、光栅尺读数误差、磁场数据和位置数据的不同步等问题，使得在单电子轨迹模拟中两条偏离最大的轨迹偏差控制在0.1 mm以内。同时，在系统调试中，观察了测量步长和测量时间的关系，为正式测量的步长选择提供了依据。

对原有的摇摆器磁场测量系统进行的改进，提高了测量的准确性，在重复性测试也达到了要求，可以利用它很好地给出摇摆器的磁场分布并以此为根据模拟出单电子通过时的运动轨迹。该套装置为自由电子激光摇摆器提供了一套可靠的磁测手段。