一種波蕩器的製造方法
2023-04-29 00:54:01
一種波蕩器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種波蕩器，其中，所述波蕩器至少包括：M個沿電子束傳輸方向依次排列的永磁鐵周期，每個所述永磁鐵周期包括四排永磁鐵結構，每排所述永磁鐵結構包括N排永磁鐵組，每排所述永磁鐵組包括K個永磁鐵單元，其中，M、N、K均為大於等於1的自然數；四排所述永磁鐵結構兩兩配對後相對設置於電子束傳輸方向的兩側，並能通過相對位移形成至少一種複合磁場，以使電子束通過所述複合磁場時產生橢圓偏振光、圓偏振光或0°～360°任意極化角度方向的線偏振光，並使電子速度方向偏離所述波蕩器軸線方向。本發明既能產生線偏振光，又能產生橢圓及圓偏振光，且能使電子速度方向永遠不沿波蕩器軸線方向，從而大大降低同步輻射光束線的熱負載。
【專利說明】一種波蕩器
【技術領域】
[0001]本發明涉及同步輻射【技術領域】，特別是涉及一種波蕩器。
【背景技術】
[0002]同步輻射的全稱為同步加速器輻射，是高能電子在磁場中偏轉時發出的高強度、高準直性光束。為了產生強度更高的同步輻射，目前的同步輻射裝置大量地採用了波蕩器。波蕩器產生周期變化的磁場，高能電子束流在波蕩器中進行周期性運動，所產生的光由於幹涉效應具有更高的強度。隨著加速器技術的發展，電子束流的發散度越來越小，在光學元件(如反射鏡、光柵和晶體等)上的熱負載(所有能量光子的功率之和)越來越大。另一方面，隨著加工技術的提高，光學元件的面形加工誤差已經完全可以滿足要求，熱負載引起的光學元件面形誤差(如形變等)已經成為影響光束線性能的決定因素。所以，高熱負載已經成為現代同步輻射裝置急需解決的問題。對於同步輻射，由於相對論效應，熱負載在沿電子運動速度方向很小的發散角(定義為包含90%光子的發散角，對於3.5GeV的電子束能量,為0.008° )內發出。對於產生圓偏振光的波蕩器，由於電子做螺旋運動,其速度方向永遠不沿波蕩器軸線方向，熱負載極值方向偏離波蕩器軸線，大部分熱負載可以被光闌濾去，不會照射到光學元件上。對於常規的線偏振波蕩器，電子在水平面或者垂直面內做蛇形運動，其速度方向會掃過波蕩器軸線，造成光束線的較大熱負載。
[0003]為了解決高熱負載問題，日本的Tanaka博士提出了 Figure-8波蕩器結構(T.Tanaka and H.Kitamura, nuclear instruments and methods in physics research,sect1n A 364 (1995)，368-373)，利用電子級聯的左右旋運動及圓偏振光的相干產生線偏振光，其水平及豎直方向的磁鐵周期採用I比2，電子運動軌跡如圖1所示，由於電子運行軌跡為左右旋運動，電子速度方向永遠不沿波蕩器軸線，使得熱負載偏離波蕩器軸線，而相干光沿波蕩器軸線最強，從而解決了同步輻射在產生線偏振光時的熱負載問題。但是，Figure-8波蕩器只能產生線偏振光，不能產生圓偏振光。由於其長周期方向的二次諧波與短周期方向的基波可以相干，造成其不能產生純線偏振光。Sasaki教授提出的 APPLE (Advanced Planar Polarized Light Emitter)波蕩器(S.Sasaki, nuclearinstruments and methods in physics research, sect1n A 347 (1994), 83-86)通過動靜磁鐵組間的相對位移可以產生任意極化的同步輻射偏振光，其磁鐵排列結構如圖2所示，但是，在產生線偏振同步輻射時，APPLE波蕩器磁場與常規的線偏振波蕩器相同，解決不了熱負載問題。後來，Sasaki教授又提出了基於APPLE波蕩器和Figure-8波蕩器的APPLE-8波蕩器(S.Sasaki et.al.，EPAC98，p2237 (1998))，該波蕩器由兩個標準的APPLE磁鐵組構成。內部的四排磁鐵組構成的APPLE波蕩器用於產生同步輻射，外部四排磁鐵組構成的APPLE波蕩器和內部的APPLE波蕩器合作，產生figure-8運動，內部及外部波蕩器的周期比為I比2，如圖3所示，通過對角四列動磁鐵的位移可以產生任意極化的同步輻射偏振光，但是，由於Figure-8波蕩器不能產生純線偏振光，該APPLE-8波蕩器的線偏振度僅能夠達到82%。
[0004]為了產生低熱負載的任意偏振同步輻射，本發明人提出了基於電磁波蕩器的Knot (結型)波蕩器(S.Qiao et.al., Review of Scientific Instruments 80(2009),085108)運行模式，徹底解決了同步輻射的熱負載問題。Knot波蕩器也是通過電子的級聯左右旋運動產生低熱負載的線偏振同步輻射，由於水平及豎直方向的磁鐵周期比為3:2，線偏振度高達99.2%，且通過電磁鐵極性及電流的切換，可以產生左右旋圓偏振光。但是由於電磁鐵的磁滯效應，磁場的大小與磁化電流的歷史有關，會對加速器的穩定運行不利。另夕卜，電磁鐵需要通電來維持磁場，對節能減排不利。考慮到以上兩點，Sasaki教授根據本發明人提出的Knot波蕩器結構，提出了基於永磁鐵的如圖4所示的APPLE-Knot波蕩器結構，由內部四排標準APPLE磁鐵組和外部有空缺區域的四排APPLE磁鐵組構成。由於空缺區域的引進，外部磁鐵組產生的磁場與內部磁鐵組產生的磁場的周期比為3:2。在這種結構中，中間四排磁鐵的磁場提供產生同步輻射所需磁場，在以下的論述中稱為主磁場或APPLE磁場。外部四排磁鐵的磁場與主磁場具有級聯的90度和-90度的位相差，造成Knot運動模式,在以下的論述中稱為輔磁場或Knot磁場。圖5顯示為圖4中每排永磁鐵結構中主磁場和輔磁場所對應的各個永磁鐵單元的磁化方向。但是，採用如圖4所示的結構，由於外部四列磁鐵間距離較大，其產生的Knot磁場強度太弱，電子速度方向偏離波蕩器軸心的角度有限，造成熱負載峰值方向偏離波蕩器軸線的角度有限，無法有效去除大部分熱負載.。
【發明內容】
[0005]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種波蕩器，用於解決現有波蕩器技術產生同步輻射時的高熱負載，以及APPLE-Knot波蕩器外部四排磁鐵產生的輔磁場較弱，無法有效去除熱負載的問題。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種波蕩器，其中，所述波蕩器至少包括:M個沿電子束傳輸方向依次排列的永磁鐵周期，每個所述永磁鐵周期包括四排永磁鐵結構，每排所述永磁鐵結構包括N排永磁鐵組,每排所述永磁鐵組包括K個永磁鐵單元，其中，M、N、K均為大於等於I的自然數；
[0007]四排所述永磁鐵結構兩兩配對後相對設置於電子束傳輸方向的兩側，並能通過相對位移形成至少一種複合磁場，以使電子束通過所述複合磁場時產生橢圓偏振光、圓偏振光或0°?360°任意極化角度方向的線偏振光，並使電子速度方向偏離所述波蕩器軸線方向。
[0008]優選地，每排所述永磁鐵結構包括兩排永磁鐵組，其中一排永磁鐵組產生主磁場，另一排永磁鐵組產生輔磁場；其中，所述主磁場和所述輔磁場具有不同的磁場周期。
[0009]優選地，所述主磁場和所述輔磁場的磁場周期比為2:3。
[0010]優選地，所述輔磁場對應的永磁鐵組所包含的永磁鐵單元，其磁化方向垂直於所述波蕩器的磁隙方向，且所述輔磁場的磁場周期適於通過設置其對應的永磁鐵組所包含的永磁鐵單元的空缺區域來進行調整。
[0011]優選地,每排所述永磁鐵結構包括一排永磁鐵組,該永磁鐵組包括K個具有不同磁場偏轉角度的永磁鐵單元。
[0012]優選地，所述永磁鐵組適於通過將其磁場分解為具有不同磁場周期的主磁場和輔磁場，並通過調節其所包含的各個永磁鐵單元的磁場偏轉角度來調節所述主磁場和所述輔磁場的磁場強度比例。
[0013]優選地，所述主磁場和所述輔磁場適於根據所需基波光子的能量、電子束的能量以及所述波蕩器的長度進行調節，以使電子速度方向與所述波蕩器軸線方向的夾角大於所需基波光子的接受角的一半，從而得到較小熱負載條件下的最大光強。
[0014]優選地，所述電子束的能量為3.5GeV，所述波蕩器的長度為4.5m，所需基波光子的能量為7eV、接受角為0.6mrad,每排所述永磁鐵結構包括一排永磁鐵組,該永磁鐵組形成的主磁場和輔磁場的磁場強度比例為7:3 ;其中，該永磁鐵組包括24個永磁鐵單元，以順時針方向為正、垂直向上為零度角基準，24個所述永磁鐵單元的磁場偏轉角度分別為 0°、-23。、67°、67。、157°、157°、-113°、-113°、-23。、0°、90°、90°、180。,-157°、-67。、-67。、23。、23。,113° ,113°、-157° ,180°、-90。、-90。。
[0015]優選地，所述永磁鐵單元採用釹鐵硼材料，其飽和磁場強度均大於等於1.25T。
[0016]優選地，所述波蕩器還包括:靜止磁鐵支架和運動磁鐵支架，相互配對的兩排永磁鐵結構分別固定在所述靜止磁鐵支架和所述運動磁鐵支架上，以分別形成定永磁鐵結構和動永磁鐵結構，所述動永磁鐵結構適於在所述運動磁鐵支架的帶動下相對於所述定永磁鐵結構移動不同的位移，以產生不同的複合磁場，從而產生不同極化的偏振光。
[0017]如上所述，本發明的波蕩器，具有以下有益效果:
[0018]首先，本發明的波蕩器中，能夠形成多種複合磁場，在複合磁場的作用下，電子進行交替的左旋及右旋運動產生線偏振、橢圓偏振或圓偏振同步輻射，電子速度方向永遠不沿波蕩器軸線方向，且電子速度方向與波蕩器軸線的夾角大於所需基波光子的發散角的一半，從而可以通過光闌濾去大部分熱負載，大大降低同步輻射光束線的光學元件上的熱負載。
[0019]其次，本發明可以採用四排永磁鐵組，相對於APPLE-8波蕩器，永磁鐵排數較少，大大節約了成本，並且安裝更為簡單。
[0020]再次，本發明的波蕩器既能產生水平線偏振光和垂直線偏振光，又能產生橢圓偏振光和圓偏振光，可以滿足多種同步輻射應用的需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1顯示為本發明現有技術中電子束通過Figure-8波蕩器時的運動軌跡示意圖。
[0022]圖2顯示為本發明現有技術中的APPLE波蕩器的磁鐵排列示意圖。
[0023]圖3顯示為本發明現有技術中的APPLE-8波蕩器的磁鐵排列示意圖。
[0024]圖4顯示為本發明現有技術中的APPLE-Knot波蕩器的磁鐵排列示意圖。
[0025]圖5顯示為圖4中每排永磁鐵結構中主磁場和輔磁場所對應的各個永磁鐵單元的磁化方向。
[0026]圖6顯示為本發明實施例中的APPLE-Knot磁鐵排列示意圖。
[0027]圖7顯示為本發明實施例中的磁鐵排列示意圖。
[0028]圖8顯示為本發明實施例中的每排永磁鐵組中各永磁鐵單元的磁場偏轉角度示意圖。
[0029]圖9顯示為本發明實施例中在第一種複合磁場中電子的運動軌跡圖。
[0030]圖10顯示為本發明實施例中在第一種複合磁場中電子的運動速度圖。
[0031]圖11顯不為本發明實施例中在第一種複合磁場下的熱負載分布圖。
[0032]圖12顯示為本發明實施例中電子在第一種複合磁場中產生的光子能量及線極化度隨光子能量變化的分布圖。
[0033]圖13顯示為本發明實施例中在第二種複合磁場中電子運動的軌跡圖。
[0034]圖14顯示為本發明實施例中在第二種複合磁場中電子運動的速度圖。
[0035]圖15顯示為本發明實施例中在第二種複合磁場下的熱負載分布圖。
[0036]圖16顯示為本發明實施例中電子在第二種複合磁場中產生的光子能量及線極化度隨光子能量變化的分布圖。
[0037]圖17顯示為本發明實施例中在第三種複合磁場中電子的運動軌跡圖。
[0038]圖18顯示為本發明實施例中在第三種複合磁場中電子的運動速度圖。
[0039]圖19顯示為本發明實施例中電子在第三種複合磁場中產生的光子能量及圓極化度隨光子能量變化的分布圖。
[0040]元件標號說明
[0041]100第一永磁鐵結構
[0042]200第二永磁鐵結構
[0043]300第三永磁鐵結構
[0044]400第四永磁鐵結構
[0045]500 磁隙
[0046]600空缺區域
【具體實施方式】
[0047]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0048]本發明的波蕩器至少包括:M個沿電子束傳輸方向依次排列的永磁鐵周期，每個永磁鐵周期包括四排永磁鐵結構,每排永磁鐵結構包括N排永磁鐵組，每排永磁鐵組包括K個永磁鐵單元，其中，M、N、K均為大於等於I的自然數；四排永磁鐵結構兩兩配對後相對設置於電子束傳輸方向的兩側，如圖6和圖7所不。四排永磁鐵結構分別為第一永磁鐵結構100、第二永磁鐵結構200、第三永磁鐵結構300和第四永磁鐵結構400，它們的排列如圖6和圖7所示。其中，第一永磁鐵結構100和第二永磁鐵結構200相互配對，第三永磁鐵結構300和第四永磁鐵結構400相互配對，配對後的第一永磁鐵結構100和第二永磁鐵結構200與配對後的第三永磁鐵結構300和第四永磁鐵結構400相對設置於電子束e傳輸方向的兩偵U。第一永磁鐵結構100和第四永磁鐵結構400互為對角線設置，並靜止不動。第二永磁鐵結構200和第三永磁鐵結構300互為對角線設置，並可以沿電子束e傳輸方向移動，與第一永磁鐵結構100和第四永磁鐵結構400之間形成相對位移。不同的相對位移能夠形成多種複合磁場，以使電子束通過複合磁場時產生橢圓偏振光、圓偏振光或0°?360°任意角度極化方向的線偏振光，並使電子速度方向偏離波蕩器軸線方向，從而使熱負載偏離波蕩器軸線方向。
[0049]作為本發明的實施例，本發明提出如圖6和圖7所示的兩種波蕩器結構來解決輔磁場過弱的問題。如圖6所示，每排永磁鐵結構包括兩排永磁鐵組，其中一排永磁鐵組(內側的永磁鐵組)產生主磁場,另一排永磁鐵組(外部的永磁鐵組)產生輔磁場；其中，所述主磁場和所述輔磁場具有不同的磁場周期，它們的磁場周期比為2:3。其中，輔磁場對應的永磁鐵組所包含的永磁鐵單兀，其磁化方向垂直於所述波蕩器的磁隙500方向(即圖6中的y軸方向)，且所述輔磁場的磁場周期適於通過設置其對應的永磁鐵組所包含的永磁鐵單元的空缺區域600來進行調整。對比圖6與圖4的結構，圖4中外部的四排磁鐵組中磁鐵的磁化方向與磁隙方向平行，將這些磁鐵的磁化方向旋轉90度,變為與磁隙垂直,形成圖6的結構，這樣，就可以產生足夠強的輔磁場。
[0050]如圖7所示,每排永磁鐵結構包括一排永磁鐵組,該永磁鐵組包括K個具有不同磁場偏轉角度的永磁鐵單元。其中，該永磁鐵組適於通過將其磁場分解為如圖5所示的具有不同磁場周期的主磁場和輔磁場，並通過調節其所包含的各個永磁鐵單元的磁場偏轉角度來調節所述主磁場和所述輔磁場的磁場強度比例。
[0051]需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0052]由於每排永磁鐵結構存在多個具有不同磁場偏轉角度的永磁鐵單元，從總體上講，四排永磁鐵結構適於通過將其中包括的所有永磁鐵的磁場進行矢量分解，以得到兩組磁場分量，兩組磁場分量分別為主磁場(即APPLE磁場)和輔磁場(即Knot磁場)，其中，主磁場和輔磁場的周期比為2:3。
[0053]在本實施例中，複合磁場由主磁場和輔磁場疊加組成，可以通過四排永磁鐵結構間的相對位移形成多種複合磁場，以使電子束通過複合磁場時產生橢圓偏振光、圓偏振光或0°?360°任意角度極化方向的線偏振光,並使電子速度方向偏離波蕩器軸線方向，從而使熱負載偏離波蕩器軸線方向。四排永磁鐵結構間的相對位移主要包括兩種情況。第一種情況，通過使第二永磁鐵結構200及第三永磁鐵結構300向同一方向的移動，可以使主磁場及輔磁場的沿水平及垂直方向的磁場均具有90°相位差，從而產生圓偏振同步輻射。第二種情況，通過使第二永磁鐵結構200及第三永磁鐵結構300進行相反方向的位移，可以使主磁場及輔磁場的沿水平及垂直方向的磁場均具有0°相位差，並且可以通過此位移調整主磁場垂直和水平方向磁場的強度比，從而產生具有一定角度的線偏振光。
[0054]電子在複合磁場中進行級聯的左右旋運動或純粹的左右旋運動時，形成「結」型運動軌跡。電子以「結」型運動產生橢圓偏振光、圓偏振光或0°?360°任意角度極化方向的線偏振光時，由於電子速度方向偏離所述波蕩器軸線方向，能使熱負載偏離波蕩器軸線方向。在波蕩器軸線方向設置光闌或者開孔，大部分熱負載都能夠被光闌或者開孔濾去，大大降低了同步輻射光束線的光學元件上的熱負載。
[0055]在本實施例中，整個波蕩器中具有七個沿電子束傳輸方向依次排列的永磁鐵周期。這七個永磁鐵周期保證了電子束流在波蕩器中進行周期性運動時，具有比單個周期更高的同步輻射強度。
[0056]作為本發明的另一實施例，本實施例給出了決定永磁鐵單元的磁場偏轉角度的方法。永磁鐵單元適於通過將其磁場正交分解為沿X軸和I軸方向的兩個磁場分量，並通過調節永磁鐵單元的磁場偏轉角度來調節該沿X軸和y軸方向的兩個磁場分量的磁場強度比例，即主磁場和輔磁場的磁場強度比例。其中，主磁場和輔磁場的磁場強度比例適於根據所需基波光子的能量、電子束的能量以及波蕩器的長度進行調節，以使電子速度方向與波蕩器軸線方向的夾角大於光束線接受角的一半，從而得到較小熱負載條件下的最大光強。
[0057]因此,永磁鐵的磁場是沿X軸和y軸方向的兩個磁場分量的矢量和，磁場偏轉角度由這兩個方向磁場分量的磁場強度比例決定。兩個磁場分量的磁場方向包括沿X軸正方向或負方向的磁場方向，沿I軸正方向或負方向的磁場方向。
[0058]請參閱圖5，其中，上部磁鐵組為需要構建主磁場的永磁鐵結構，下部為需要構建輔磁場的永磁鐵結構結構，將各個磁鐵塊一分為二，將主磁場及輔磁場進行矢量加和並保持總磁場強度不變，則得到圖8所示的具有不同磁場偏轉角度的永磁鐵單元。磁場偏轉角度由垂直和水平方向磁場強度的比值所決定。對於本實施例來說，主磁場用於產生同步輻射，輔磁場用於偏轉電子產生結型運動。以順時針方向為正、垂直向上為零度角基準，各永磁鐵的磁場最大偏轉角度越大，輔磁場的磁場強度就越大，相應的，主磁場的磁場強度就越小；反之亦然。如果輔磁場的磁場強度過大，最大熱負載方向偏離波蕩器軸線的角度也較大，光束線的光學兀件上的熱負載較低；但相應的，由於主磁場強度的降低，同步福射光的強度將降低，無法得到較高的同步輻射強度。反之，如果輔磁場的磁場強度過小，最大熱負載方向偏轉幅度就將過小，光束線的光學元件將承受較高的熱負載，引起較大的熱形變，使得光束線性能不能滿足要求。因此，需要通過調整各永磁鐵的磁場偏轉角度，來調整主磁場和輔磁場的磁場強度，在較小的熱負載條件下得到最大的同步輻射光的強度。一個最簡單的判別規則是使電子速度方向與波蕩器軸線夾角的最小值大於同步輻射束線的接受角的一半。
[0059]以電子束的能量為3.5GeV，波蕩器的長度為4.5米為例，對於7eV的所需基波光子，其發散角、即光束線的接受角為0.6mrad。當每排所述永磁鐵結構包括一排永磁鐵組，該永磁鐵組形成的主磁場和輔磁場的磁場強度比例為7:3時，電子速度方向與波蕩器軸線方向的最小夾角大於0.3mrad。此時,該永磁鐵組包括24個永磁鐵單元，以順時針方向為正、垂直向上為零度角基準，24個永磁鐵單元的磁場偏轉角度分別為0°、-23°、67°、67°、157° ,157°、-113°、-113°、-23°、0°、90°、90° ,180°、-157°、-67°、-67°、23°、23。,113° ,113°、-157。,180°、-90。、-90。。
[0060]當然，所需基波光子的能量覆蓋範圍可能為多種，每個永磁鐵的兩個磁場分量的磁場強度比例和磁場方向也包括多種，相應的，每個永磁鐵的磁場偏轉角度也具有多種，並不限於上述示例性數據。
[0061]另外，本發明實施例中採用四排永磁鐵結構，總的永磁鐵排數比現有技術少，大大節約了成本。並且，四排永磁鐵結構比八排永磁鐵結構安裝更為簡單。
[0062]本發明實施例的波蕩器，其原理如下:
[0063]以2 為周期，當相移為O時，第二永磁鐵結構200和第三永磁鐵結構300，相對於第一永磁鐵結構100和第四永磁鐵結構400不移動，電子束e傳輸方向一側的第一永磁鐵結構100和第二永磁鐵結構200，與電子束e傳輸方向另一側的第三永磁鐵結構300和第四永磁鐵結構400之間的磁隙為22毫米，四排永磁鐵結構產生第一種複合磁場，電子束通過第一種複合磁場時在基波能量處產生水平線偏振光。電子在複合磁場中進行級聯的左右旋運動，其運動軌跡如圖9所示，呈「結」型運動軌跡，其運動速度曲線如圖10所示，其熱負載分布如圖11所示，光子能量及線極化度隨光子能量變化的分布如圖12所示，顏色較淺曲線是本實施例光子的線偏振極化度曲線，在7eV最大光強處，水平線偏振度高達99.8%。如圖10所示的速度曲線，坐標(0，0)代表波蕩器軸線方向，電子速度方向永遠不沿波蕩器軸線方向，此時熱負載極大值如圖11所示，偏離波蕩器軸線方向，在光束線光軸處設置光闌，所需基波光子通過光闌，絕大部分熱負載被光闌濾去，從而大大降低了光學元件接收到的熱負載。
[0064]將第二永磁鐵結構200和第三永磁鐵結構300，分別相對於第一永磁鐵結構100和第四永磁鐵結構400移動相位+ π及-Ji，並調整磁隙為18毫米，四排永磁鐵結構產生第二種複合磁場。電子束通過第二種複合磁場時在基波能量處產生垂直線偏振光。電子在複合磁場中進行級聯的左右旋運動，其運動軌跡如圖13所示，呈略偏的「結」型運動軌跡，其運動速度如圖14所示，熱負載分布如圖15所示，光子能量及線極化度隨光子能量變化的分布如圖16所示，顏色較淺曲線是本實施例光子的線偏振極化度曲線，在7eV最大光強處，垂直線偏振極化度高達96.7%，在圖中負極化度代表垂直極化。
[0065]將第二永磁鐵結構200和第三永磁鐵結構300，相對於第一永磁鐵結構100和第四永磁鐵結構400移動位相0.505 ，並設定磁隙為18.5毫米，四排永磁鐵結構產生第三種複合磁場，電子束通過第三複合磁場時在基波能量處產生圓偏振光。電子在複合磁場中進行級聯的右旋運動，其運動軌跡如圖17所示，呈更為複雜的「結」型運動軌跡，其運動速度曲線如圖18所示，光子能量、線極化度及圓極化度分布如圖19所示，深色虛線為圓極化度隨光子能量變化的曲線，在7eV最大光強處，圓極化度高達99.8%。
[0066]由此可見，本發明的波蕩器既能產生水平偏振光和垂直偏振光，又能產生圓偏振光，可以滿足多種同步輻射的需求。且在由四排永磁鐵結構通過相對位移形成的不同複合磁場的作用下，不管是產生水平線偏振光、垂直線偏振光還是圓偏振光，電子速度方向與波蕩器軸線的夾角大於其7eV基波光子的發散角的一半(0.017° )，電子速度方向永遠不沿波蕩器軸線方向，熱負載極大值偏離波蕩器軸線方向，大大降低了同步輻射光束線的熱負載。
[0067]此外，需要說明的是，各個永磁鐵單元均採用釹鐵硼材料，其飽和磁場強度均大於等於1.25T。波蕩器還包括:靜止磁鐵支架和運動磁鐵支架，定磁鐵組和動磁鐵組分別固定在靜止磁鐵支架和運動磁鐵支架上，動永磁鐵結構適於在運動磁鐵支架的帶動下相對於定永磁鐵結構移動不同的位移，以產生不同的複合磁場，從而產生不同極化的偏振光。以圖6和圖7為例，本發明實施例中，第二永磁鐵結構200和第三永磁鐵結構300為動永磁鐵結構，第一永磁鐵結構100和第四永磁鐵結構400為定永磁鐵結構
[0068]綜上，本發明的波蕩器，具有以下有益效果:
[0069]首先，本發明的波蕩器中，能夠形成多種複合磁場，在複合磁場的作用下，電子進行交替的左旋及右旋運動產生線偏振同步輻射或者圓偏振同步輻射，電子速度方向永遠不沿波蕩器軸線方向，且電子速度方向與波蕩器軸線的夾角大於所需基波光子的發散角的一半，電子速度方向永遠不沿波蕩器軸線方向，使得熱負載偏離波蕩器軸線方向，沿波蕩器軸線方向的熱負載顯著減小、絕大部分熱負載可以被位於光學軸上的光闌所濾去，從而大大降低了接收同步輻射的光束線上光學元件的熱負載。
[0070]其次，本發明可以採用四排永磁鐵組，相對於已有的APPLE-8和APPLE-Knot波蕩器結構，永磁鐵排數減少一半，大大節約了成本。並且，克服了已有的八排永磁鐵組結構的安裝困難問題。
[0071]再次，本發明的波蕩器既能產生水平線偏振光和垂直線偏振光，又能產生橢圓偏振光和圓偏振光，而且可以產生0°?360°任意極化角度方向的線偏振光，可以滿足多種同步輻射應用的需求。
[0072]所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0073]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種波蕩器,其特徵在於,所述波蕩器至少包括:M個沿電子束傳輸方向依次排列的永磁鐵周期，每個所述永磁鐵周期包括四排永磁鐵結構，每排所述永磁鐵結構包括N排永磁鐵組，每排所述永磁鐵組包括K個永磁鐵單元，其中，M、N、K均為大於等於I的自然數； 四排所述永磁鐵結構兩兩配對後相對設置於電子束傳輸方向的兩側，並能通過相對位移形成至少一種複合磁場，以使電子束通過所述複合磁場時產生橢圓偏振光、圓偏振光或0°?360°任意極化角度方向的線偏振光,並使電子速度方向偏離所述波蕩器軸線方向。
2.根據權利要求1所述的波蕩器，其特徵在於，每排所述永磁鐵結構包括兩排永磁鐵組，其中一排永磁鐵組產生主磁場，另一排永磁鐵組產生輔磁場；其中，所述主磁場和所述輔磁場具有不同的磁場周期。
3.根據權利要求2所述的波蕩器，其特徵在於，所述主磁場和所述輔磁場的磁場周期比為2:3。
4.根據權利要求2所述的波蕩器，其特徵在於，所述輔磁場對應的永磁鐵組所包含的永磁鐵單元，其磁化方向垂直於所述波蕩器的磁隙方向，且所述輔磁場的磁場周期適於通過設置其對應的永磁鐵組所包含的永磁鐵單元的空缺區域來進行調整。
5.根據權利要求1所述的波蕩器，其特徵在於，每排所述永磁鐵結構包括一排永磁鐵組，該永磁鐵組包括K個具有不同磁場偏轉角度的永磁鐵單元。
6.根據權利要求5所述的波蕩器，其特徵在於，所述永磁鐵組適於通過將其磁場分解為具有不同磁場周期的主磁場和輔磁場，並通過調節其所包含的各個永磁鐵單元的磁場偏轉角度來調節所述主磁場和所述輔磁場的磁場強度比例。
7.根據權利要求2-4或6任一項所述的波蕩器，其特徵在於，所述主磁場和所述輔磁場適於根據所需基波光子的能量、電子束的能量以及所述波蕩器的長度進行調節，以使電子速度方向與所述波蕩器軸線方向的夾角大於所需基波光子的接受角的一半，從而得到較小熱負載條件下的最大光強。
8.根據權利要求7所述的波蕩器，其特徵在於，所述電子束的能量為3.5GeV，所述波蕩器的長度為4.5m，所需基波光子的能量為7eV、接受角為0.6mrad，每排所述永磁鐵結構包括一排永磁鐵組，該永磁鐵組形成的主磁場和輔磁場的磁場強度比例為7:3 ;其中，該永磁鐵組包括24個永磁鐵單元，以順時針方向為正、垂直向上為零度角基準，24個所述永磁鐵單元的磁場偏轉角度分別為 0°、-23°、67°、67°、157°、157°、-113°、-113°、-23°、O °、90 °、90 °、180 °、-157 °、-67 °、-67 °、23 °、23 °、113 °、113 °、-157 °、180。、-90。、-90。。
9.據權利要求1-6任一項所述的波蕩器，其特徵在於，所述永磁鐵單元採用釹鐵硼材料，其飽和磁場強度均大於等於1.25T。
10.根據權利要求1-6任一項所述的波蕩器，其特徵在於，所述波蕩器還包括:靜止磁鐵支架和運動磁鐵支架，相互配對的兩排永磁鐵結構分別固定在所述靜止磁鐵支架和所述運動磁鐵支架上，以分別形成定永磁鐵結構和動永磁鐵結構，所述動永磁鐵結構適於在所述運動磁鐵支架的帶動下相對於所述定永磁鐵結構移動不同的位移，以產生不同的複合磁場，從而產生不同極化的偏振光。
【文檔編號】H01F7/02GK104409129SQ201410652902
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】喬山, 常睿, 季福昊, 葉茂 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所