基于拉伸线法的振荡器型THz-FEL波荡器积分场测量

为精确、快速测量波荡器磁场积分,研制了一套基于拉伸线法的测磁系统。该系统采用Agilent 3458A八位半数字万用表实现微电压信号采集,使用Kohzu高精度位移平台实现拉伸线的精确同步移动,测量软件平台采用Lab VIEW实现。使用测磁系统在一台7周期混合永磁型波荡器样机上进行了测量实验,结果同霍尔探头点测吻合,一次积分和二次积分的重复测量精度分别优于2.5?10?6 T·m和2.5?10?6 T·m2。该系统将用于华中科技大学在研的一套紧凑型THz波段自由电子激光装置中波荡器磁场测量。     

SHINE超导波荡器磁场点测量霍尔探头位置标定

正在建设的上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate XFEL and Extreme light facility,SHINE）将利用40台周期长度为16 mm、磁长度为4 m、净气隙高度为4 mm的真空内超导波荡器,以产生垂直线极化的自由电子激光。霍尔探头磁场测量是目前测量波荡器场图最可靠的测量方法之一,而霍尔探头灵敏中心的定位精度是影响磁场测量精度的主要因素之一。本文介绍了这些超导波荡器的磁场点测量系统,以及霍尔探头灵敏中心的高精度位置标定。通过翻转安装有霍尔探头与角锥棱镜的磁测滑车,可分别标定霍尔探头灵敏中心以及角锥棱镜顶点和磁测滑车翻转轴的横向间距,从而获得霍尔探头灵敏中心彼此之间的横向距离,以及霍尔探头灵敏中心与角锥棱镜顶点之间的横向距离。该方法的标定精度好于±10μm,能满足该超导波荡器磁场测量的要求。     

同步辐射自由电子激光光学速调管研制

报告了一同步辐射自由电子激光光学速调管的研制情况。此装置已应用在中国科技大学国家同步辐射实验室的储存环上进行同步辐射自由电子激光相干辐射的研究。装置具有光学速调管以及均匀波荡器两种工作模式,已用于短波长相于谐波辐射自由电子激光的研究,以期得到紫外(UV)、真空紫外(VUV)和软X射线波段的相干光源,也用于产生高亮度同步辐射光。光学速调管由三段组成:调制段、色散段和增益段。装置的主要技术性能为:在磁气隙g=40mm时,磁场幅值B_0=0.30T和B_0=0.70T(色散段),磁场幅值均方根偏差小于1.0％。磁场一、二次积分值小于0.005T·cm和0.04T·cm~2。     

可变椭圆极化波荡器EPU10.0的传动控制

可变椭圆极化波荡器EPU10.0是一种可产生多种极化模式相干太赫兹辐射的波荡器。EPU10.0的主要特点是波荡器内的磁块分上下各两排，上下气隙固定，一对对角线永磁块排列固定，另一对可独立做纵向移动，移动重复定位精度小于0.01mm。对该波荡器的磁测结果显示：在水平线极化和圆极化模式下，磁场的两个横向分量的一、二积分分别为0.012T•cm和0.7T•cm²，达到了设计指标。     

一种波荡器段间四极铁支撑平台的机械稳定性

自由电子激光(Free Electron Laser,FEL)是一种以相对论高品质电子束作为工作介质,在周期磁场中以受激发射方式放大电磁辐射的新型激光源。束流稳定性的好坏是影响FEL性能的关键指标。波荡器段关键元件运行过程中的位置稳定性是影响束流位置稳定性的关键因素之一,其中上海软X射线自由电子激光(Soft X-ray FEL,SXFEL)和大连极紫外相干光源(Dalian Coherent Light Source,DCLS)科学研究装置中波荡器段间四极铁的位置稳定性要求较高。波荡器段间四极铁支撑平台为四极铁等关键元件提供支撑、定位及位置调节,从而间接地要求其具有高的稳定性。本文通过对一种平台的支撑方式进行模态和地基随机振动响应的有限元分析和测试,得到平台的结构动态特性,并进行稳定性分析,为段间平台的工程设计提供理论依据。     

一种使用磁场相机的混合波荡器磁化块排序方法

描述了一种考虑了磁化块局部磁矩不一致性的混合型波荡器磁化块初始安装排序方法。该方法基于独特设计的磁场相机,该相机用来扫描测量波荡器磁化块南北极附近的场图。排序优化流程为:由磁场相机所测得磁化块南北极附近场图推算出该磁化块内的局部磁矩误差分布,通过三维模拟计算得出含有局部磁矩误差的磁化块安装在波荡器梁上后对波荡器磁场的影响,最终依据这些影响数据对磁化块进行排序。该方法在一台短周期混合型波荡器样段上进行测试,所得结果表明在优化后的半周期积分场误差离散性明显小于未优化的情况,从而确认该方法是有效的。     

波荡器磁场误差对其自发辐射的影响模拟研究

波荡器由多个单磁块组成,磁块不可避免的剩磁离散性和尺寸离散性是引起波荡器磁场误差的根本原因。波荡器磁场误差将影响波荡器自发辐射谱的质量。本文给出一种新的单磁块磁场、波荡器磁场及自发辐射的模拟方法,从单磁块磁场模拟人手,使用正态分布随机数发生器产生多组不同剩磁或者不同尺寸的单磁块,再由这种方式产生的单磁块组成波荡器,然后计算自发辐射,从而研究波荡器磁场误差对自发辐射的影响。     

同步辐射自由电子激光光学速调管研制

报告了一同步辐射自由电子激光光学速调管的研制情况。此装置已应用在中国科技大学国家同步辐射实验室的储存环上进行同步辐射自由电子激光相干辐射的研究。装置具有光学速调管以及均匀波荡器两种工作模式,已用于短波长相干谐波辐射自由电子激光的研究,以期得到紫外(UV)、真空紫外(VUV)和软X射线波段的相干光源,也用于产生高亮度     

混合型波振器的研究

报告了一台用于中国原子能科学研究院中红外自由电子激光研究的混合型波振器的研制情况。该波振器采用稀土永磁与纯铁混合形式。磁场气隙及磁场锥度连续可调。波振器的磁场峰值的均方根误差小于0.53％。电子轨迹偏移在0.03mm左右。文中论述了此波振器的设计、利用模拟退火法对磁块进行优化组合、电子束在波振器理想及实际磁场情况下     

上海光源真空内波荡器积分场垫补中模拟退火算法的应用

上海光源真空内波荡器(IVU-25)系我国第一台真空内波荡器,由我所设计和研制。该波荡器采用混合型磁体结构,共80个磁周期,周期长度25mm,最小工作磁间隙7mm,最大峰值磁场强度0.94T。波荡器磁块的剩磁离散性及安装机械公差等因素会引起积分场误差从而影响储存环工作状态。在波荡器积分场多极分量垫补过程中,我们用模拟退火算法优化一次积分场分布来垫补多极分量,结果表明积分场多极分量均达到设计指标。     

多目标遗传算法在波荡器垫补中的应用

波荡器性能一般有多个指标要求,而这些指标往往是相互冲突的,因此在磁场垫补时难以对垫补量进行精确推算,导致磁场垫补耗时和低效。为解决该问题,本文将多目标遗传算法应用于波荡器磁场垫补量推算,并对波荡器U38-S磁场进行了垫补。根据波荡器磁场垫补结构建立了计算模型,并阐述了计算模型中的主要问题,给出了U38-S磁场的垫补过程。经过3次磁场垫补,U38-S的轨迹中心偏差、相位误差和峰峰值误差分别减小到0.15 mm、1°和0.49%。由于遗传算法本身具有较强的可扩展性,本文所用方法也可应用于其他类型波荡器的磁场垫补。     

上海光源EPU100中横梁变形的分析与计算

上海光源EPU100是一台APPLE-Ⅱ型可变椭圆极化波荡器,其磁结构由四排磁排列组成,其中两排对角线上的磁排列可沿纵向移动,从而产生不同的磁场分布以满足各种极化模式的要求.随着磁排列在纵向上的相对移动,磁排列间的磁力大小和方向会发生变化,从而引起横梁不仅在垂直方向而且在水平方向产生不同的变形.本文通过对不同相位下不同磁力所引起滑动梁的变形进行分析研究,得到与实测变形一致的等效横梁力学模型.     

Supporting and driving system for in-vacuum undulator

Two in-vacuum undulators have been developed for the first time in China at Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF),which has been opened to users since May,2009.The precision of mechanical system is important to ensure performances of magnetic field.Efforts were made to manufacture in-vacuum undulator with high mechanical properties.The taper mechanism is adopted for the first time in the design of an in-vacuum undulator.A finite element analysis was performed to find out the deformation of out-vacuum girder andminimize the effect of linear rolling guide on it.In this article,the design and analysis results for the in-vacuum undulator are described.     

Correction of integrated multipoles of five IDs in SSRF

Five of the seven Phase I beamlines of Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) are based on insertion devices (IDs), which include two wigglers, one elliptically polarized undulator (EPU), and two in-vacuum undulators. There were some inevitable field integral errors in manufacturing the IDs, and these would affect performance of the storage ring. The integrated multipoles were corrected by using the magic fingers technique. In this paper, we report the correction method based on the simulated-annealing algorithm. The results show that the integrated multipole components were corrected to meet the design specifications.     

The influence of the structure imperfectness of a crystalline undulator on the emission spectrum

We study the influence of an imperfect structure of a crystalline undulator on the spectrum of the undulator radiation. The main attention is paid to the undulators in which the periodic bending in the bulk appears as a result of a regular (periodic) surface deformations. We demonstrate that this method of preparation of a crystalline undulator inevitably leads to a variation of the bending amplitude over the crystal thickness and to the presence of the subharmonics with smaller bending period. Both of these features noticeably influence the monochromatic pattern of the undulator radiation.     

Detailed Magnetic Field Measurement on a Hybrid Undulator for the JAERI FEL

A planar hybrid undulator was constructed for the JAERI PEL. In order to evaluate the performance of the undulator, magnetic field of the undulator was mapped by a detailed field measurement system. The field map obtained experimentally was compared with the map calculated by computer. The undulator field was found to be sinusoidal in the longitudinal direction and almost flat In the transverse direction. The performance of the undulator was found out to be sufficient to lase the JAERI FEL, because the irregularity of the field pattern of the undulator is sufficiently small.     

合肥光源波荡器光束线光位置检测器

研制了合肥光源波荡器光束线刀片型光位置检测器。在不同波荡器狭缝下,对刀片电极的光电流进行了测量,并对其进行了标定,得到了灵敏度和同步光中心位置,如在狭缝为40mm时,水平方向和垂直方向的灵敏度分别为0.0015mm^-1 和0.8522mm^-1。为了改进刀片型光位置检测器,给出了一种交错刀片型光位置检测器的设计,该检测器将狭缝为40mm时的水平灵敏度提高到0.551mm^-1。     

钕铁硼低温永磁波荡器静态热负载研究

低温永磁波荡器(Cryogenic Permanent Magnet Undulator,CPMU)利用稀土永磁材料钕铁硼或镨铁硼在低温下的剩磁及内禀矫顽力大幅增大的特性,通过使磁体工作在50-150 K的低温环境,获得相比于常规真空内波荡器(In-vacuum Undulator,IVU)高30%-50%的磁场性能。在磁气隙一定的条件下,CPMU可以在较小的周期长度下获得较大的磁场强度,这对于提升同步辐射光的亮度具有重要意义。本文介绍了上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)钕铁硼CPMU磁体冷却技术的研究进展,对CPMU的静态热负载进行了详细的理论分析及实验研究。CPMU静态热负载的理论分析方法在CPMU样件低温冷却实验装置得到了验证,并在完整钕铁硼CPMU样机中得到了应用。     

低温永磁波荡器过冷液氮冷却系统的设计

低温永磁波荡器(Cryogenic Permanent Magnet Undulator,CPMU)是目前插入件技术发展的主要方向之一,其利用一些永磁材料,如钕铁硼(Nd Fe B)或镨铁棚(Pr Fe B)的磁场性能在低温下明显高于室温的特性来提高波荡器性能和光源束流品质,工作温区为50-150 K,需要冷却系统的冷却。CPMU冷却系统主要包括过冷液氮冷却系统和磁体阵列冷却回路。本文介绍了上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)CPMU过冷液氮冷却系统的设计方案和设计参数,进行了系统主要热负载的分析;对冷却系统中关键设备之一的过冷换热器进行了设计,并计算分析了过冷氮流经CPMU冷却系统的全程阻力损失,为系统另一关键设备液氮泵的选型提供依据。对CPMU过冷液氮冷却系统进行的在线测试表明,该设计满足CPMU样机的冷却需求。