CN104409129B - 一种波荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种波荡器，其中，所述波荡器至少包括：M个沿电子束传输方向依次排列的永磁铁周期，每个所述永磁铁周期包括四排永磁铁结构，每排所述永磁铁结构包括N排永磁铁组，每排所述永磁铁组包括K个永磁铁单元，其中，M、N、K均为大于等于1的自然数；四排所述永磁铁结构两两配对后相对设置于电子束传输方向的两侧，并能通过相对位移形成至少一种复合磁场，以使电子束通过所述复合磁场时产生椭圆偏振光、圆偏振光或0°～360°任意极化角度方向的线偏振光，并使电子速度方向偏离所述波荡器轴线方向。本发明既能产生线偏振光，又能产生椭圆及圆偏振光，且能使电子速度方向永远不沿波荡器轴线方向，从而大大降低同步辐射光束线的热负载。
Description
技术领域
本发明涉及同步辐射技术领域，特别是涉及一种波荡器。
背景技术
同步辐射的全称为同步加速器辐射，是高能电子在磁场中偏转时发出的高强度、高准直性光束。为了产生强度更高的同步辐射，目前的同步辐射装置大量地采用了波荡器。波荡器产生周期变化的磁场，高能电子束流在波荡器中进行周期性运动，所产生的光由于干涉效应具有更高的强度。随着加速器技术的发展，电子束流的发散度越来越小，在光学元件(如反射镜、光栅和晶体等)上的热负载(所有能量光子的功率之和)越来越大。另一方面，随着加工技术的提高，光学元件的面形加工误差已经完全可以满足要求，热负载引起的光学元件面形误差(如形变等)已经成为影响光束线性能的决定因素。所以，高热负载已经成为现代同步辐射装置急需解决的问题。对于同步辐射，由于相对论效应，热负载在沿电子运动速度方向很小的发散角(定义为包含90％光子的发散角，对于3.5GeV的电子束能量，为0.008°)内发出。对于产生圆偏振光的波荡器，由于电子做螺旋运动，其速度方向永远不沿波荡器轴线方向，热负载极值方向偏离波荡器轴线，大部分热负载可以被光阑滤去，不会照射到光学元件上。对于常规的线偏振波荡器，电子在水平面或者垂直面内做蛇形运动，其速度方向会扫过波荡器轴线，造成光束线的较大热负载。
为了解决高热负载问题，日本的Tanaka博士提出了Figure-8波荡器结构(T.Tanaka and H.Kitamura，nuclear instruments and methods in physics research，section A 364(1995)，368-373)，利用电子级联的左右旋运动及圆偏振光的相干产生线偏振光，其水平及竖直方向的磁铁周期采用1比2，电子运动轨迹如图1所示，由于电子运行轨迹为左右旋运动，电子速度方向永远不沿波荡器轴线，使得热负载偏离波荡器轴线，而相干光沿波荡器轴线最强，从而解决了同步辐射在产生线偏振光时的热负载问题。但是，Figure-8波荡器只能产生线偏振光，不能产生圆偏振光。由于其长周期方向的二次谐波与短周期方向的基波可以相干，造成其不能产生纯线偏振光。Sasaki教授提出的APPLE(Advanced Planar Polarized Light Emitter)波荡器(S.Sasaki，nuclear instrumentsand methods in physics research，section A 347(1994)，83-86)通过动静磁铁组间的相对位移可以产生任意极化的同步辐射偏振光，其磁铁排列结构如图2所示，但是，在产生线偏振同步辐射时，APPLE波荡器磁场与常规的线偏振波荡器相同，解决不了热负载问题。后来，Sasaki教授又提出了基于APPLE波荡器和Figure-8波荡器的APPLE-8波荡器(S.Sasaki et.al.，EPAC98，p2237(1998))，该波荡器由两个标准的APPLE磁铁组构成。内部的四排磁铁组构成的APPLE波荡器用于产生同步辐射，外部四排磁铁组构成的APPLE波荡器和内部的APPLE波荡器合作，产生figure-8运动，内部及外部波荡器的周期比为1比2，如图3所示，通过对角四列动磁铁的位移可以产生任意极化的同步辐射偏振光，但是，由于Figure-8波荡器不能产生纯线偏振光，该APPLE-8波荡器的线偏振度仅能够达到82％。
为了产生低热负载的任意偏振同步辐射，本发明人提出了基于电磁波荡器的Knot(结型)波荡器(S.Qiao et.al.，Review of Scientific Instruments 80(2009)，085108)运行模式，彻底解决了同步辐射的热负载问题。Knot波荡器也是通过电子的级联左右旋运动产生低热负载的线偏振同步辐射，由于水平及竖直方向的磁铁周期比为3：2，线偏振度高达99.2％，且通过电磁铁极性及电流的切换，可以产生左右旋圆偏振光。但是由于电磁铁的磁滞效应，磁场的大小与磁化电流的历史有关，会对加速器的稳定运行不利。另外，电磁铁需要通电来维持磁场，对节能减排不利。考虑到以上两点，Sasaki教授根据本发明人提出的Knot波荡器结构，提出了基于永磁铁的如图4所示的APPLE-Knot波荡器结构，由内部四排标准APPLE磁铁组和外部有空缺区域的四排APPLE磁铁组构成。由于空缺区域的引进，外部磁铁组产生的磁场与内部磁铁组产生的磁场的周期比为3：2。在这种结构中，中间四排磁铁的磁场提供产生同步辐射所需磁场，在以下的论述中称为主磁场或APPLE磁场。外部四排磁铁的磁场与主磁场具有级联的90度和-90度的位相差，造成Knot运动模式，在以下的论述中称为辅磁场或Knot磁场。图5显示为图4中每排永磁铁结构中主磁场和辅磁场所对应的各个永磁铁单元的磁化方向。但是，采用如图4所示的结构，由于外部四列磁铁间距离较大，其产生的Knot磁场强度太弱，电子速度方向偏离波荡器轴心的角度有限，造成热负载峰值方向偏离波荡器轴线的角度有限，无法有效去除大部分热负载.。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种波荡器，用于解决现有波荡器技术产生同步辐射时的高热负载，以及APPLE-Knot波荡器外部四排磁铁产生的辅磁场较弱，无法有效去除热负载的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种波荡器，其中，所述波荡器至少包括：M个沿电子束传输方向依次排列的永磁铁周期，每个所述永磁铁周期包括四排永磁铁结构，每排所述永磁铁结构包括N排永磁铁组，每排所述永磁铁组包括K个永磁铁单元，其中，M、N、K均为大于等于1的自然数；
四排所述永磁铁结构两两配对后相对设置于电子束传输方向的两侧，并能通过相对位移形成至少一种复合磁场，以使电子束通过所述复合磁场时产生椭圆偏振光、圆偏振光或0°～360°任意极化角度方向的线偏振光，并使电子速度方向偏离所述波荡器轴线方向。
优选地，每排所述永磁铁结构包括两排永磁铁组，其中一排永磁铁组产生主磁场，另一排永磁铁组产生辅磁场；其中，所述主磁场和所述辅磁场具有不同的磁场周期。
优选地，所述主磁场和所述辅磁场的磁场周期比为2：3。
优选地，所述辅磁场对应的永磁铁组所包含的永磁铁单元，其磁化方向垂直于所述波荡器的磁隙方向，且所述辅磁场的磁场周期适于通过设置其对应的永磁铁组所包含的永磁铁单元的空缺区域来进行调整。
优选地，每排所述永磁铁结构包括一排永磁铁组，该永磁铁组包括K个具有不同磁场偏转角度的永磁铁单元。
优选地，所述永磁铁组适于通过将其磁场分解为具有不同磁场周期的主磁场和辅磁场，并通过调节其所包含的各个永磁铁单元的磁场偏转角度来调节所述主磁场和所述辅磁场的磁场强度比例。
优选地，所述主磁场和所述辅磁场适于根据所需基波光子的能量、电子束的能量以及所述波荡器的长度进行调节，以使电子速度方向与所述波荡器轴线方向的夹角大于所需基波光子的接受角的一半，从而得到较小热负载条件下的最大光强。
优选地，所述电子束的能量为3.5GeV，所述波荡器的长度为4.5m，所需基波光子的能量为7eV、接受角为0.6mrad，每排所述永磁铁结构包括一排永磁铁组，该永磁铁组形成的主磁场和辅磁场的磁场强度比例为7：3；其中，该永磁铁组包括24个永磁铁单元，以顺时针方向为正、垂直向上为零度角基准，24个所述永磁铁单元的磁场偏转角度分别为0°、-23°、67°、67°、157°、157°、-113°、-113°、-23°、0°、90°、90°、180°、-157°、-67°、-67°、23°、23°、113°、113°、-157°、180°、-90°、-90°。
优选地，所述永磁铁单元采用钕铁硼材料，其饱和磁场强度均大于等于1.25T。
优选地，所述波荡器还包括：静止磁铁支架和运动磁铁支架，相互配对的两排永磁铁结构分别固定在所述静止磁铁支架和所述运动磁铁支架上，以分别形成定永磁铁结构和动永磁铁结构，所述动永磁铁结构适于在所述运动磁铁支架的带动下相对于所述定永磁铁结构移动不同的位移，以产生不同的复合磁场，从而产生不同极化的偏振光。
如上所述，本发明的波荡器，具有以下有益效果：
首先，本发明的波荡器中，能够形成多种复合磁场，在复合磁场的作用下，电子进行交替的左旋及右旋运动产生线偏振、椭圆偏振或圆偏振同步辐射，电子速度方向永远不沿波荡器轴线方向，且电子速度方向与波荡器轴线的夹角大于所需基波光子的发散角的一半，从而可以通过光阑滤去大部分热负载，大大降低同步辐射光束线的光学元件上的热负载。
其次，本发明可以采用四排永磁铁组，相对于APPLE-8波荡器，永磁铁排数较少，大大节约了成本，并且安装更为简单。
再次，本发明的波荡器既能产生水平线偏振光和垂直线偏振光，又能产生椭圆偏振光和圆偏振光，可以满足多种同步辐射应用的需求。
附图说明
图1显示为本发明现有技术中电子束通过Figure-8波荡器时的运动轨迹示意图。
图2显示为本发明现有技术中的APPLE波荡器的磁铁排列示意图。
图3显示为本发明现有技术中的APPLE-8波荡器的磁铁排列示意图。
图4显示为本发明现有技术中的APPLE-Knot波荡器的磁铁排列示意图。
图5显示为图4中每排永磁铁结构中主磁场和辅磁场所对应的各个永磁铁单元的磁化方向。
图6显示为本发明实施例中的APPLE-Knot磁铁排列示意图。
图7显示为本发明实施例中的磁铁排列示意图。
图8显示为本发明实施例中的每排永磁铁组中各永磁铁单元的磁场偏转角度示意图。
图9显示为本发明实施例中在第一种复合磁场中电子的运动轨迹图。
图10显示为本发明实施例中在第一种复合磁场中电子的运动速度图。
图11显示为本发明实施例中在第一种复合磁场下的热负载分布图。
图12显示为本发明实施例中电子在第一种复合磁场中产生的光子能量及线极化度随光子能量变化的分布图。
图13显示为本发明实施例中在第二种复合磁场中电子运动的轨迹图。
图14显示为本发明实施例中在第二种复合磁场中电子运动的速度图。
图15显示为本发明实施例中在第二种复合磁场下的热负载分布图。
图16显示为本发明实施例中电子在第二种复合磁场中产生的光子能量及线极化度随光子能量变化的分布图。
图17显示为本发明实施例中在第三种复合磁场中电子的运动轨迹图。
图18显示为本发明实施例中在第三种复合磁场中电子的运动速度图。
图19显示为本发明实施例中电子在第三种复合磁场中产生的光子能量及圆极化度随光子能量变化的分布图。
元件标号说明
100 第一永磁铁结构
200 第二永磁铁结构
300 第三永磁铁结构
400 第四永磁铁结构
500 磁隙
600 空缺区域
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明的波荡器至少包括：M个沿电子束传输方向依次排列的永磁铁周期，每个永磁铁周期包括四排永磁铁结构，每排永磁铁结构包括N排永磁铁组，每排永磁铁组包括K个永磁铁单元，其中，M、N、K均为大于等于1的自然数；四排永磁铁结构两两配对后相对设置于电子束传输方向的两侧，如图6和图7所示。四排永磁铁结构分别为第一永磁铁结构100、第二永磁铁结构200、第三永磁铁结构300和第四永磁铁结构400，它们的排列如图6和图7所示。其中，第一永磁铁结构100和第二永磁铁结构200相互配对，第三永磁铁结构300和第四永磁铁结构400相互配对，配对后的第一永磁铁结构100和第二永磁铁结构200与配对后的第三永磁铁结构300和第四永磁铁结构400相对设置于电子束e传输方向的两侧。第一永磁铁结构100和第四永磁铁结构400互为对角线设置，并静止不动。第二永磁铁结构200和第三永磁铁结构300互为对角线设置，并可以沿电子束e传输方向移动，与第一永磁铁结构100和第四永磁铁结构400之间形成相对位移。不同的相对位移能够形成多种复合磁场，以使电子束通过复合磁场时产生椭圆偏振光、圆偏振光或0°～360°任意角度极化方向的线偏振光，并使电子速度方向偏离波荡器轴线方向，从而使热负载偏离波荡器轴线方向。
作为本发明的实施例，本发明提出如图6和图7所示的两种波荡器结构来解决辅磁场过弱的问题。如图6所示，每排永磁铁结构包括两排永磁铁组，其中一排永磁铁组(内侧的永磁铁组)产生主磁场，另一排永磁铁组(外部的永磁铁组)产生辅磁场；其中，所述主磁场和所述辅磁场具有不同的磁场周期，它们的磁场周期比为2：3。其中，辅磁场对应的永磁铁组所包含的永磁铁单元，其磁化方向垂直于所述波荡器的磁隙500方向(即图6中的y轴方向)，且所述辅磁场的磁场周期适于通过设置其对应的永磁铁组所包含的永磁铁单元的空缺区域600来进行调整。对比图6与图4的结构，图4中外部的四排磁铁组中磁铁的磁化方向与磁隙方向平行，将这些磁铁的磁化方向旋转90度，变为与磁隙垂直，形成图6的结构，这样，就可以产生足够强的辅磁场。
如图7所示，每排永磁铁结构包括一排永磁铁组，该永磁铁组包括K个具有不同磁场偏转角度的永磁铁单元。其中，该永磁铁组适于通过将其磁场分解为如图5所示的具有不同磁场周期的主磁场和辅磁场，并通过调节其所包含的各个永磁铁单元的磁场偏转角度来调节所述主磁场和所述辅磁场的磁场强度比例。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
由于每排永磁铁结构存在多个具有不同磁场偏转角度的永磁铁单元，从总体上讲，四排永磁铁结构适于通过将其中包括的所有永磁铁的磁场进行矢量分解，以得到两组磁场分量，两组磁场分量分别为主磁场(即APPLE磁场)和辅磁场(即Knot磁场)，其中，主磁场和辅磁场的周期比为2：3。
在本实施例中，复合磁场由主磁场和辅磁场叠加组成，可以通过四排永磁铁结构间的相对位移形成多种复合磁场，以使电子束通过复合磁场时产生椭圆偏振光、圆偏振光或0°～360°任意角度极化方向的线偏振光，并使电子速度方向偏离波荡器轴线方向，从而使热负载偏离波荡器轴线方向。四排永磁铁结构间的相对位移主要包括两种情况。第一种情况，通过使第二永磁铁结构200及第三永磁铁结构300向同一方向的移动，可以使主磁场及辅磁场的沿水平及垂直方向的磁场均具有90°相位差，从而产生圆偏振同步辐射。第二种情况，通过使第二永磁铁结构200及第三永磁铁结构300进行相反方向的位移，可以使主磁场及辅磁场的沿水平及垂直方向的磁场均具有0°相位差，并且可以通过此位移调整主磁场垂直和水平方向磁场的强度比，从而产生具有一定角度的线偏振光。
电子在复合磁场中进行级联的左右旋运动或纯粹的左右旋运动时，形成“结”型运动轨迹。电子以“结”型运动产生椭圆偏振光、圆偏振光或0°～360°任意角度极化方向的线偏振光时，由于电子速度方向偏离所述波荡器轴线方向，能使热负载偏离波荡器轴线方向。在波荡器轴线方向设置光阑或者开孔，大部分热负载都能够被光阑或者开孔滤去，大大降低了同步辐射光束线的光学元件上的热负载。
在本实施例中，整个波荡器中具有七个沿电子束传输方向依次排列的永磁铁周期。这七个永磁铁周期保证了电子束流在波荡器中进行周期性运动时，具有比单个周期更高的同步辐射强度。
作为本发明的另一实施例，本实施例给出了决定永磁铁单元的磁场偏转角度的方法。永磁铁单元适于通过将其磁场正交分解为沿x轴和y轴方向的两个磁场分量，并通过调节永磁铁单元的磁场偏转角度来调节该沿x轴和y轴方向的两个磁场分量的磁场强度比例,即主磁场和辅磁场的磁场强度比例。其中，主磁场和辅磁场的磁场强度比例适于根据所需基波光子的能量、电子束的能量以及波荡器的长度进行调节，以使电子速度方向与波荡器轴线方向的夹角大于光束线接受角的一半，从而得到较小热负载条件下的最大光强。
因此，永磁铁的磁场是沿x轴和y轴方向的两个磁场分量的矢量和，磁场偏转角度由这两个方向磁场分量的磁场强度比例决定。两个磁场分量的磁场方向包括沿x轴正方向或负方向的磁场方向，沿y轴正方向或负方向的磁场方向。
请参阅图5，其中，上部磁铁组为需要构建主磁场的永磁铁结构，下部为需要构建辅磁场的永磁铁结构结构，将各个磁铁块一分为二，将主磁场及辅磁场进行矢量加和并保持总磁场强度不变，则得到图8所示的具有不同磁场偏转角度的永磁铁单元。磁场偏转角度由垂直和水平方向磁场强度的比值所决定。对于本实施例来说，主磁场用于产生同步辐射，辅磁场用于偏转电子产生结型运动。以顺时针方向为正、垂直向上为零度角基准，各永磁铁的磁场最大偏转角度越大，辅磁场的磁场强度就越大，相应的，主磁场的磁场强度就越小；反之亦然。如果辅磁场的磁场强度过大，最大热负载方向偏离波荡器轴线的角度也较大，光束线的光学元件上的热负载较低；但相应的，由于主磁场强度的降低，同步辐射光的强度将降低，无法得到较高的同步辐射强度。反之，如果辅磁场的磁场强度过小，最大热负载方向偏转幅度就将过小，光束线的光学元件将承受较高的热负载，引起较大的热形变，使得光束线性能不能满足要求。因此，需要通过调整各永磁铁的磁场偏转角度，来调整主磁场和辅磁场的磁场强度，在较小的热负载条件下得到最大的同步辐射光的强度。一个最简单的判别规则是使电子速度方向与波荡器轴线夹角的最小值大于同步辐射束线的接受角的一半。
以电子束的能量为3.5GeV，波荡器的长度为4.5米为例，对于7eV的所需基波光子，其发散角、即光束线的接受角为0.6mrad。当每排所述永磁铁结构包括一排永磁铁组，该永磁铁组形成的主磁场和辅磁场的磁场强度比例为7：3时，电子速度方向与波荡器轴线方向的最小夹角大于0.3mrad。此时，该永磁铁组包括24个永磁铁单元，以顺时针方向为正、垂直向上为零度角基准，24个永磁铁单元的磁场偏转角度分别为0°、-23°、67°、67°、157°、157°、-113°、-113°、-23°、0°、90°、90°、180°、-157°、-67°、-67°、23°、23°、113°、113°、-157°、180°、-90°、-90°。
当然，所需基波光子的能量覆盖范围可能为多种，每个永磁铁的两个磁场分量的磁场强度比例和磁场方向也包括多种，相应的，每个永磁铁的磁场偏转角度也具有多种，并不限于上述示例性数据。
另外，本发明实施例中采用四排永磁铁结构，总的永磁铁排数比现有技术少，大大节约了成本。并且，四排永磁铁结构比八排永磁铁结构安装更为简单。
本发明实施例的波荡器，其原理如下：
以2π为周期，当相移为0时，第二永磁铁结构200和第三永磁铁结构300，相对于第一永磁铁结构100和第四永磁铁结构400不移动，电子束e传输方向一侧的第一永磁铁结构100和第二永磁铁结构200，与电子束e传输方向另一侧的第三永磁铁结构300和第四永磁铁结构400之间的磁隙为22毫米，四排永磁铁结构产生第一种复合磁场，电子束通过第一种复合磁场时在基波能量处产生水平线偏振光。电子在复合磁场中进行级联的左右旋运动，其运动轨迹如图9所示，呈“结”型运动轨迹，其运动速度曲线如图10所示，其热负载分布如图11所示，光子能量及线极化度随光子能量变化的分布如图12所示，颜色较浅曲线是本实施例光子的线偏振极化度曲线，在7eV最大光强处，水平线偏振度高达99.8％。如图10所示的速度曲线，坐标(0,0)代表波荡器轴线方向，电子速度方向永远不沿波荡器轴线方向，此时热负载极大值如图11所示，偏离波荡器轴线方向，在光束线光轴处设置光阑，所需基波光子通过光阑，绝大部分热负载被光阑滤去，从而大大降低了光学元件接收到的热负载。
将第二永磁铁结构200和第三永磁铁结构300，分别相对于第一永磁铁结构100和第四永磁铁结构400移动相位+π及-π，并调整磁隙为18毫米，四排永磁铁结构产生第二种复合磁场。电子束通过第二种复合磁场时在基波能量处产生垂直线偏振光。电子在复合磁场中进行级联的左右旋运动，其运动轨迹如图13所示，呈略偏的“结”型运动轨迹，其运动速度如图14所示，热负载分布如图15所示，光子能量及线极化度随光子能量变化的分布如图16所示，颜色较浅曲线是本实施例光子的线偏振极化度曲线，在7eV最大光强处，垂直线偏振极化度高达96.7％，在图中负极化度代表垂直极化。
将第二永磁铁结构200和第三永磁铁结构300，相对于第一永磁铁结构100和第四永磁铁结构400移动位相0.505π，并设定磁隙为18.5毫米，四排永磁铁结构产生第三种复合磁场，电子束通过第三复合磁场时在基波能量处产生圆偏振光。电子在复合磁场中进行级联的右旋运动，其运动轨迹如图17所示，呈更为复杂的“结”型运动轨迹，其运动速度曲线如图18所示，光子能量、线极化度及圆极化度分布如图19所示，深色虚线为圆极化度随光子能量变化的曲线，在7eV最大光强处，圆极化度高达99.8％。
由此可见，本发明的波荡器既能产生水平偏振光和垂直偏振光，又能产生圆偏振光，可以满足多种同步辐射的需求。且在由四排永磁铁结构通过相对位移形成的不同复合磁场的作用下，不管是产生水平线偏振光、垂直线偏振光还是圆偏振光，电子速度方向与波荡器轴线的夹角大于其7eV基波光子的发散角的一半(0.017°)，电子速度方向永远不沿波荡器轴线方向，热负载极大值偏离波荡器轴线方向，大大降低了同步辐射光束线的热负载。
此外，需要说明的是，各个永磁铁单元均采用钕铁硼材料，其饱和磁场强度均大于等于1.25T。波荡器还包括：静止磁铁支架和运动磁铁支架，定磁铁组和动磁铁组分别固定在静止磁铁支架和运动磁铁支架上，动永磁铁结构适于在运动磁铁支架的带动下相对于定永磁铁结构移动不同的位移，以产生不同的复合磁场，从而产生不同极化的偏振光。以图6和图7为例，本发明实施例中，第二永磁铁结构200和第三永磁铁结构300为动永磁铁结构，第一永磁铁结构100和第四永磁铁结构400为定永磁铁结构
综上，本发明的波荡器，具有以下有益效果：
首先，本发明的波荡器中，能够形成多种复合磁场，在复合磁场的作用下，电子进行交替的左旋及右旋运动产生线偏振同步辐射或者圆偏振同步辐射，电子速度方向永远不沿波荡器轴线方向，且电子速度方向与波荡器轴线的夹角大于所需基波光子的发散角的一半，电子速度方向永远不沿波荡器轴线方向，使得热负载偏离波荡器轴线方向，沿波荡器轴线方向的热负载显著减小、绝大部分热负载可以被位于光学轴上的光阑所滤去，从而大大降低了接收同步辐射的光束线上光学元件的热负载。
其次，本发明可以采用四排永磁铁组，相对于已有的APPLE-8和APPLE-Knot波荡器结构，永磁铁排数减少一半，大大节约了成本。并且，克服了已有的八排永磁铁组结构的安装困难问题。
再次，本发明的波荡器既能产生水平线偏振光和垂直线偏振光，又能产生椭圆偏振光和圆偏振光，而且可以产生0°～360°任意极化角度方向的线偏振光，可以满足多种同步辐射应用的需求。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种波荡器，其特征在于，所述波荡器至少包括：M个沿电子束传输方向依次排列的永磁铁周期，每个所述永磁铁周期包括四排永磁铁结构，每排所述永磁铁结构包括N排永磁铁组，每排所述永磁铁组包括K个永磁铁单元，其中，M、N、K均为大于等于1的自然数；
四排所述永磁铁结构两两配对后相对设置于电子束传输方向的两侧，并能通过相对位移形成至少一种复合磁场，以使电子束通过所述复合磁场时产生椭圆偏振光、圆偏振光或0°～360°任意极化角度方向的线偏振光，并使电子速度方向偏离所述波荡器轴线方向；
其中，每排所述永磁铁结构包括两排永磁铁组，其中一排永磁铁组产生主磁场，另一排永磁铁组产生辅磁场；其中，所述主磁场和所述辅磁场具有不同的磁场周期；所述辅磁场对应的永磁铁组所包含的永磁铁单元，其磁化方向垂直于所述波荡器的磁隙方向，且所述辅磁场的磁场周期适于通过设置其对应的永磁铁组所包含的永磁铁单元的空缺区域来进行调整；或者，
每排所述永磁铁结构包括一排永磁铁组，该永磁铁组包括K个具有不同磁场偏转角度的永磁铁单元。
2.根据权利要求1所述的波荡器，其特征在于，在每排所述永磁铁结构包括两排永磁铁组时，所述主磁场和所述辅磁场的磁场周期比为2：3。
3.根据权利要求1所述的波荡器，其特征在于，在每排所述永磁铁结构包括一排永磁铁组时，所述永磁铁组适于通过将其磁场分解为具有不同磁场周期的主磁场和辅磁场，并通过调节其所包含的各个永磁铁单元的磁场偏转角度来调节所述主磁场和所述辅磁场的磁场强度比例。
4.根据权利要求2或3任一项所述的波荡器，其特征在于，所述主磁场和所述辅磁场适于根据所需基波光子的能量、电子束的能量以及所述波荡器的长度进行调节，以使电子速度方向与所述波荡器轴线方向的夹角大于所需基波光子的接受角的一半，从而得到较小热负载条件下的最大光强。
5.根据权利要求4所述的波荡器，其特征在于，所述电子束的能量为3.5GeV，所述波荡器的长度为4.5m，所需基波光子的能量为7eV、接受角为0.6mrad，每排所述永磁铁结构包括一排永磁铁组，该永磁铁组形成的主磁场和辅磁场的磁场强度比例为7：3；其中，该永磁铁组包括24个永磁铁单元，以顺时针方向为正、垂直向上为零度角基准，24个所述永磁铁单元的磁场偏转角度分别为0°、-23°、67°、67°、157°、157°、-113°、-113°、-23°、0°、90°、90°、180°、-157°、-67°、-67°、23°、23°、113°、113°、-157°、180°、-90°、-90°。
6.根据权利要求1-3任一项所述的波荡器，其特征在于，所述永磁铁单元采用钕铁硼材料，其饱和磁场强度均大于等于1.25T。
7.根据权利要求1-3任一项所述的波荡器，其特征在于，所述波荡器还包括：静止磁铁支架和运动磁铁支架，相互配对的两排永磁铁结构分别固定在所述静止磁铁支架和所述运动磁铁支架上，以分别形成定永磁铁结构和动永磁铁结构，所述动永磁铁结构适于在所述运动磁铁支架的带动下相对于所述定永磁铁结构移动不同的位移，以产生不同的复合磁场，从而产生不同极化的偏振光。
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