在电磁波谱上，太赫兹（THz）波段介于电子学的微波波段与光学的红外波段之间，有学者定义其频率范围为（波长3mm―3nm）2‘31.由于该波段所处的特殊电磁波谱的位置，其性质表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性，从而使太赫兹辐射成像技术及时域光谱技术在安全检查、反隐身高精度雷达、军事通讯、工业无损检测、空间物理和天文学、环境检测、化学分析、生物医学、网络通信等领域具有广阔的应用前景。目前，各国学者给予THz技术研究以极大的关注，形成了一个研究高潮。美国、欧洲和日本尤为重视，日本在未来十年科技战略规划中将其列为十项重大关键技术之首131. THz技术的核心是辐射源和探测器技术的发展。THz辐射源的研究方向集中在两个方面：一方面是将光子学特别是激光技术向低频延伸，包括THz气体激光器、超短激光脉冲光电导天线和光整流、非线性差频过程（DFG）和参量振荡器w，其特点是可以产生方向性和相干性都很好的THz波，但输出功率小，适合产生ITHz以上频率的THz波。另一方面是将电子学方法向高频延伸，包括真空电子器件、电子回旋脉塞、自由电子激光（FEL）、Cherenkov辐射、储存环同步辐射、基于半导体技术的THz量子级联激光器等。在各种THz辐射源中，FEL具有高功率、高效率、波长在大范围内连续可调、波束质量好、光脉冲时间结构精细而且可调等突出优点，是目前可以获得最高输出功率的方法。
FEL从70年代开始就受到一些国家的重视，但是发展并不顺利，主要原因是FEL对电子束的品质要求太高，一般来说，要求能散度在0.5%以内，归一化发射度在5min.mrad左右。普通电子直线加速器不可能稳定提供这样高品质的束流，所以直到上世纪90年代，世界上没有出现大功率的FEL.1995年以后，美国efferson），旨在探索小型化、可移动的FEL-THz源的实现方法。
在当前加速器中，特别是储存环型加速器和对撞机，其束流寿命是以小时计的。磁铁的品质是保证加速器性能和束流寿命的关键因素之一。所有磁铁都需要较高的加工制造精度和精准的安装定位，对每块磁铁的激励都要求精确和可调节。同时为了满足加速器物理的需要，磁铁场型分布误差要求尽量小。一般所说磁铁的品质主要是指其产生磁场与设计理想场的符合程度。感兴趣区域磁场的实际分布主要取决于铁芯磁极的形状、铁芯结构机械加工的精度和磁轭之间的装配精度等。

自由电子激光（Free Electron Laser, FEL）是一种以相对论优质电子束为工作媒质，在周期性磁场中与辐射光场相互作用，受到能量和密度调制后，以受激辐射放大的形式产生的相干同步辐射光源，具有波长连续可调，强相干，高功率、高稳定性、可精确控制的脉冲时间结构光源。产生高品质自由电子激光对电子束流轨道的要求非常高：束流在输运线中的轨道偏差会造成其不能通过四极磁铁的中心，从而会产生额外的二极偏转磁场分量，并且出现残余色散，直接影响电子束流的品质。另外在波荡器元件中，为了使得束流与辐射光场尽量充分的相互作用，要求束流轨道与激光光轴完全重合，这也同样对束流轨道提出高的要求。

可以实现束流轨道校正的元件主要包括驾驶线圈和二极校正磁铁，其中驾驶线圈只对低能量束流作用效果明显，所以在带电粒子加速器建设中，二极校正磁铁是最常被用到的元件。通常二极磁铁会分为两种类型：分离型和组合型。分离型通常需要两块磁铁组合使用，每块分别完成水平、垂直方向的轨道校正。这种分离校正铁因为沿纵向占用更多空间，所以在空间位置有局限的情况下，特别是在紧凑加速器上不适用。目前已有的组合功能校正铁是在水平、垂直方向同时可实现轨道校正，一般为框型结构，磁场沿横向分布的均匀性较差。

针对于此，本课题计划完成一套新型组合功能校正磁铁设计方案，在缩小空间的同时大大提高磁场沿水平面和沿垂直面的均匀性。

2. 研究的基本内容与方案

1.了解自由电子激光相关背景知识，学习束流轨道偏差对束流品质的影响以及束流轨道校正的相关知识；

2.学习磁铁设计基本原理，如磁铁基本组成、分类和用途，磁场计算和相关理论，并且掌握相关磁铁设计软件PoissonSuperfish；

3.完成组合功能校正磁铁的初步建模；

4.完成模型磁场分布计算并进行水平、垂直二极场分布的优化；

5.分析磁铁线圈产生的焦耳热情况；

6.完成一套完整的组合功能二极校正磁铁设计方案。