端杆的设计概念以及非对称磁极振子的相关测量数据

本文提出了一种新型非对称磁极调制器原型设计，其上下磁阵列周期分别为25mm和50mm。通过纵向和垂直移动末端磁极的创新调谐方案，有效优化了磁场积分。实验测量结果与Radia三维磁静力学模拟高度吻合，验证了结构设计的有效性。

　　

罗希特·卡姆勒（Rohit Kamle）| G. 米什拉（G. Mishra）| 罗玛·库拉尔（Roma Khullar）| 莫娜·盖洛特（Mona Gehlot）| 赛义夫·穆罕默德·汗（Saif Mohd Khan）

印度印多尔（Indore）德维·阿希利亚世界大学物理学院（School of Physics, Devi Ahilya VishwaVidyalaya），邮编452001

摘要

本文介绍了一种非对称磁极振荡器原型的设计概念。该振荡器的上下磁阵列的周期长度分别为25毫米和50毫米。文章展示了磁阵列的测量结果，并分析了一种新型的可调终端方案。下层50毫米周期的磁阵列采用了垂直磁化的端磁块，其可纵向移动3.125毫米；上层25毫米周期的磁阵列的端磁块也可纵向移动3.125毫米。我们提出通过端磁块的纵向和垂直移动来最小化磁场积分。

引言

近年来，人们对振荡器技术产生了浓厚兴趣，尤其是针对同步辐射光源和自由电子激光器的新世代高质量振荡器的设计与开发。振荡器是由多个偶极磁体按Halbach排列构成的周期性结构，用于为相对论性电子束提供正弦磁场。当电子束在振荡器中传播时会产生电磁波，这是同步辐射光源和自由电子激光器发展的基础。在标准的Halbach磁场配置中，振荡器由上下两组磁阵列组成，两组磁阵列具有相同的周期长度。四个偶极磁体构成一个振荡器周期，振荡器长度由多个周期组成。振荡器轴线是磁阵列间隙的几何中心。APPLE振荡器[1]、Knot振荡器[3]、APPLE-Knot振荡器[3]、双周期振荡器[4]、双轴振荡器[5]、非对称磁极振荡器[6]、Delta振荡器[7]、横向梯度振荡器[8][9]以及准周期振荡器[10][11]等新型振荡器在同步辐射光源和自由电子激光器技术升级中重新受到了关注。振荡器的终端设计对其性能至关重要，通常采用半磁块作为终端结构[12][16]。然而，一些新型振荡器（如双周期振荡器[17]、Delta振荡器[18]和双轴振荡器）采用了创新的终端方案。

非对称磁极振荡器[19][20][21][22][23]能够产生偏轴方向的圆偏振光，并可在准周期模式下运行以抑制轴向的高次谐波。本文提出了一种可调的终端设计方案，用于开发这种非对称磁极振荡器。其上下磁阵列的周期长度不同，因此在不同光束轴线上会产生不同的磁场分布。第二节中，我们通过RADIA模拟研究了这两种磁阵列，并提出了一种创新的终端方案，该方案可灵活调节磁场积分。第三节介绍了磁阵列的机械结构；第四节对磁场积分进行了初步分析，并将结果与RADIA模拟结果进行了比较；第五节总结了研究内容及未来的研究计划。

Radia模拟

Radia[24][25]是一款用于同步辐射光源和自由电子激光器振荡器设计与优化的三维磁静力学计算代码。在本文中，我们提出了非对称磁极振荡器的设计方案。原型振荡器的上层磁阵列周期长度为25毫米。磁块的三维尺寸表示为沿x、y、z方向的尺寸；坐标系中的x、y、z轴分别代表水平、垂直方向。

磁阵列的机械设计

磁体支架长度为1525毫米（图11），可容纳60个周期，每个周期长度为25毫米。额外预留了25毫米的空间以适应磁体的尺寸差异并实现灵活的终端设计。图11b展示了磁体支架的横截面结构，磁块间距为68.25毫米。每个磁块的长度为50毫米，两端各增加了18.25毫米用于安装T形夹具。

测量与结果

在原型非对称磁极振荡器的设计中，我们采用了图2a和图6d中的终端方案。采用图6d方案的目的是为了对磁场积分进行额外调节。图13a、b和c展示了50毫米周期磁阵列的磁场分布及第一场和第二场积分情况。

结论

本文介绍了非对称磁极振荡器原型的磁场测量结果。传统振荡器通常采用两种终端方案[12]。确保垂直磁场第一场积分为零的最简单方法是使用两端各放置一个垂直磁化的半磁块；另一种设计方法则是使用1/4和3/4比例的磁块来调节电子束轴线方向的磁场积分。

CRediT作者贡献声明

罗希特·卡姆勒（Rohit Kamle）： 软件开发、数据分析、理论分析。 G. 米什拉（G. Mishra）： 文稿撰写与审稿、初稿撰写、项目管理、方法论设计、概念构思。 罗玛·库拉尔（Roma Khullar）： 数据可视化、项目监督。 莫娜·盖洛特（Mona Gehlot）： 项目监督、软件开发。 赛义夫·穆罕默德·汗（Saif Mohd Khan）： 方法论研究。

未引用的参考文献

[13][14][15]

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了印度新德里政府（Government of India, New Delhi）通过项目编号CRG/1007/2022的支持。作者感谢德维·阿希利亚世界大学物理学院的Manish Kumar Mehta博士和Kuldeep Tiwari先生在磁阵列组装方面提供的帮助。