19、40毫米周期、0.8特斯拉可变间隙纯永磁波荡器磁体设计

40毫米周期、0.8特斯拉可变间隙纯永磁波荡器磁体设计

1. 引言

波荡器技术是同步辐射和自由电子激光的关键工具。多年来，同步辐射和自由电子激光设施通过波荡器技术的更新而不断升级。常见的波荡器技术有纯永磁（PPM）波荡器和混合永磁（HPM）波荡器技术。PPM波荡器中最常用的是钕铁硼（NdFeB）和钐基稀土磁体，其中钕铁硼在所有稀土磁体中剩磁最高。

通常，一个波荡器周期由四个磁体块组成，一般有多个周期，波荡器的周期长度和周期数量决定了波荡器的长度。当电子辐射时，随着相对论电子束能量降低，电子与电磁之间的共振条件会发生变化并失谐。在锥形几何结构中，为了延长共振条件，磁场强度会随着电子束的传播而降低。

近年来，不对称磁极波荡器的概念被提出，其上下磁体阵列具有不同的周期长度。通过改变上下磁体阵列之间的相移，可以获得不同类型的磁场和波荡器辐射。当两个阵列的磁场不同时，较强的磁场起主导作用，较弱的磁场对磁场起调制作用。

不对称磁极波荡器有两个定义的轴：几何轴定义为波荡器间隙的一半，此时上下磁体阵列的两个场振幅不相等；束流轴定义为上下磁体阵列场振幅相等的轴，束流轴靠近周期长度较短的阵列，远离周期长度较长的磁体阵列。这种波荡器的优点是可以通过选择上下磁场的周期长度和振幅，并改变阵列之间的相移来实现不同的磁场分布，还能在离轴轨道上产生圆偏振光，并以准周期模式运行以防止轴上的高次谐波。

此外，还有复合周期波荡器和永磁波荡器用于提高自由电子激光的波长可调性。改变波荡器周期长度是可变周期波荡器中调谐发射光谱的一种方案。横向梯度波荡器和Delta波荡器也已得到开发和应用。APPLE（先进平面偏振光发射器）设计可以产生更高的场振幅，在该设计中，四个磁体阵列以传统的哈尔