四体结构 wakefield 作为自由电子激光脱chirp器的开发

Wakefield 结构在自由电子激光（FEL）中对于束流操作至关重要，尤其是作为 dechirper 时，束流感应的纵向 wakefield 可补偿束流在磁压缩期间引入的能量chirp。然而，传统平面结构也会因其非对称几何产生时依赖的四极型 wakefield，这会导致束流失配和投射色散增长。为解决这一局限性，本文提出由四个相同凹槽板组成的四体 wakefield 结构，能够完全抑制四极型 wakefield，同时保持强大的纵向 wakefield。为准确评估其性能，我们基于 Panofsky-Wenzel 定理使用三维仿真软件计算 wake potential，并通过去卷积提取相应的 wake 函数。我们进一步采用基于粒子到粒子（P2P）的跟踪方法，纳入这些 wake 函数，能够考虑通常被标准跟踪代码忽略的高阶分量和非线性效应。仿真结果确认，四体几何结构在投射色散增长方面显著优于平面设计，结构长度缩短约 25%。该跟踪方法还揭示，三维 wakefield 的非线性效应会导致大横向束流尺寸时出现明显的切片色散增长，这可能影响激光性能。此外，跟踪方法分析了各种装配误差类型，表明沿板移动方向的误差对通过偶极 wakefield 引起的色散会造成严重破坏。这种误差可通过基于束流的对准和使用高分辨率伺服电机进行精确板调整来缓解。