一种波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置

本发明涉及同步辐射和波荡器，涉及一种波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置

背景技术：

1、在高能电子同步加速器和粒子储存环的弯铁中，电子以相对论速度运动，且其加速度方向指向圆心，与速度方向垂直。此时，电子束沿着其运动切线方向，发射出同步辐射(弯铁辐射)，损失能量。对于粒子对撞机，同步辐射是有害的，造成粒子能量损失，限制其可以达到的最高能量。在常见粒子中，电子的同步辐射能量损失最为明显。随着研究者对同步辐射的进一步探究，诞生出以电子为被加速粒子，专用于产生同步辐射的同步辐射光源。

2、在现代同步辐射光源之中，辐射由扭摆器或者波荡器磁铁产生。波荡器是由周期性排列且极性交替的多组短周期二极磁铁组成。与弯铁辐射相比，波荡器辐射谱线更窄，且辐射束集中在一个极小的张角内。在典型的三代和四代同步辐射储存环中，其插入件波荡器已可实现超过三个量级的光子能量覆盖范围，为探测微观世界提供了强力的探测手段。波荡器作为产生同步辐射的核心部件被广泛用于同步辐射储存环和自由电子激光装置中。为实现对于辐射性质的特定调控以满足实验用户的不同需求，目前已经发展出多种类型的波荡器，如准周期波荡器用来抑制谐波，figure-8波荡器抑制轴上热负载，低温永磁波荡器来提高光子通量，apple型波荡器来实现偏振控制等。其中，波荡器辐射的偏振控制在材料及生物分子的物质结构探究和超快磁现象等方面具有重要应用价值，如可以给出材料原子自旋磁矩和轨道磁矩等信息的x射线磁圆二色性实验(xmcd，x-ray magnetic circulardichroism)。

3、偏振，即光的振动方向和传播方向的不对称性。由此，可以将光分为线偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光。xmcd实验中，对辐射在两个偏振态之间的切换速率有较高要求，一般来说，是在左旋圆偏振光(lcp，left-hand circular polarized radiation)和右旋圆偏振光(rcp，right-hand circular polarized radiation)之间来回切换。根据xmcd的实验原理，对偏振快速切换束线提出有几个基本需求：高偏振度，高切换速度。还有其他要求，如光通量不可太低，lcp和rcp辐射需要照射到样品同一点。

4、波荡器辐射光谱由一系列分立的辐射谱组成，考虑其基波辐射。对于同一台波荡器，其波荡器周期长度和波荡器周期数是确定的。调整波荡器基波辐射能量的方法为改变波荡器峰值磁感应强度，具体工程上方法为调节波荡器磁块之间的间隙。增大波荡器磁块间隙，波荡器磁感应强度减小，基波辐射光子能量增加；减小波荡器磁块间隙，波荡器磁感应强度增大，基波辐射光子能量减小。这样，为了实现波荡器辐射的偏振控制，分别发展了基于机械调节、电磁调节、轨道调节和相位调节的方案。这些方案面对有切换频率较低(1-10hz)，对储存环扰动较大，辐射束聚焦和传输困难等问题。

5、波荡器辐射的偏振控制和偏振快速切换，对于用户来说有巨大的需求，对于进一步认识微观世界有巨大的潜力。但目前实现偏振快速切换的方法面临的多种问题限制了其工作效率。因此，发展能够实现波荡器辐射快速切换的方法具有重要意义。

6、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，方案简单易行，结构可调节，覆盖工作光子能量范围广，易于拆装等特点。可实现对于波荡器辐射偏振的快速切换。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，包括lcp波荡器1、rcp波荡器2、两个电子束真空管4、两个偏振控制线圈5与光栅单色器6；

4、所述的lcp波荡器1、rcp波荡器2与光栅单色器6依次顺序排列，两个电子束真空管4分别设于lcp波荡器1与rcp波荡器2的上下磁块间，两个偏振控制线圈5分别设于lcp波荡器1与rcp波荡器2的电子束真空管4的上下两侧；电子束3依次通过两个电子束真空管4向，射入光栅单色器6；

5、所述的偏振控制线圈5包括2n组周期线圈，n大于6；每组周期线圈包括两个电流方向相同的单体线圈，两个单体线圈分别设于电子束真空管4上下方；2n组周期线圈的单体线圈沿电子束3前进方向均布于电子束真空管4与磁块间，且相邻的周期线圈的电流方向相反。

6、所述的lcp波荡器1与rcp波荡器2周期数量为3n或4n。

7、所述的偏振控制线圈5包括18组周期线圈，所述的lcp波荡器1与rcp波荡器2周期数量为36。

8、所述的单体线圈包括4～6层；每层线圈为48匝，横截面积为1平方毫米。

9、所述的lcp波荡器1与rcp波荡器2的周期长度为50毫米。

10、所述的偏振控制线圈5的周期长度为100毫米。

11、控制所述的lcp波荡器1与rcp波荡器2内的偏振控制线圈5的开或关，实现偏振控制和偏振快速切换。

12、与现有技术相比，本发明所提供的波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，方案简单易行，结构可调节，覆盖工作光子能量范围广，易于拆装等特点。通过在电子真空管上覆盖电磁线圈，对波荡器磁场进行进一步调控，实现对于波荡器辐射偏振的快速切换。

技术特征：

1.一种波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，其特征在于，包括lcp波荡器(1)、rcp波荡器(2)、两个电子束真空管(4)、两个偏振控制线圈(5)与光栅单色器(6)；

2.根据权利要求1所述的波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，其特征在于；所述的lcp波荡器(1)与rcp波荡器(2)周期数量为3n或4n。

3.根据权利要求2所述的波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，其特征在于，所述的偏振控制线圈(5)包括18组周期线圈，所述的lcp波荡器(1)与rcp波荡器(2)周期数量为36。

4.根据权利要求3所述的波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，其特征在于，所述的单体线圈包括4～6层；每层线圈为48匝，横截面积为1平方毫米。

5.根据权利要求3所述的波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，其特征在于，所述的lcp波荡器(1)与rcp波荡器(2)的周期长度为50毫米。

6.根据权利要求3所述的波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，其特征在于，所述的偏振控制线圈(5)的周期长度为100毫米。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，其特征在于，控制所述的lcp波荡器(1)与rcp波荡器(2)内的偏振控制线圈(5)的开或关，实现偏振控制和偏振快速切换。

技术总结
本发明公开一种波荡器辐射偏振控制和偏振快速切换装置，包括LCP波荡器(1)、RCP波荡器(2)、两个电子束真空管(4)、两个偏振控制线圈(5)与光栅单色器(6)；所述的LCP波荡器(1)、RCP波荡器(2)与光栅单色器(6)依次顺序排列，两个电子束真空管(4)分别设于LCP波荡器(1)与RCP波荡器(2)的上下磁块间，两个偏振控制线圈(5)分别设于LCP波荡器(1)与RCP波荡器(2)的电子束真空管(4)的上下两侧；电子束(3)依次通过两个电子束真空管(4)向，射入光栅单色器(6)；方案简单易行，结构可调节，覆盖工作光子能量范围广，易于拆装等特点。可实现对于波荡器辐射偏振的快速切换。

技术研发人员：李和廷,杨南睿,赵周宇
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29