1、短波長自由電子激光、逆康普頓散射X光源等大型科研裝置以及各種基于超短電子束的探測技術都需要高亮度電子束作為驅動，而電子注入器是產生高亮度電子束的關鍵裝置。光陰極注入器能夠產生具有低發(fā)射度、短束團長度等特征的高亮度電子束，已然成為加速器領域的熱門研究課題。但是更低發(fā)射度、更短束團、更高亮度的設計目標以及裝置運行中的技術限制對光陰極注入器的設計者提出了更多挑戰(zhàn)，因此有必要對光陰極注入器的特性以及如何進一步提高束流品質進行深入的研究和探討。本

2、論文圍繞光陰極注入器這一前沿課題對電子槍熱發(fā)射度的測量方法、暗電流的特性研究和消除方法、微波腔的偏軸束流動力學研究和發(fā)射度補償策略、注入器中的束團速度壓縮優(yōu)化技術、金屬陰極的量子效率提高等方面進行了研究。
　　論文首先簡要闡述高亮度電子源的研究現(xiàn)狀、光陰極注入器的特點以及束流品質相關概念。在介紹光電發(fā)射過程、發(fā)射度常規(guī)測量方法之后，提出了基于漂移段測量熱發(fā)射度的新方法，并對其涉及的物理過程進行詳細的研究。模擬結果證明該方法能夠直觀

3、地得到熱發(fā)射度估算值，為束流發(fā)射度測量和光陰極熱發(fā)射度特性的研究提供了方便。
　　電子槍由于腔壁和陰極表面的場致發(fā)射會產生不需要的暗電流，尤其是連續(xù)波運行時，暗電流會嚴重損害設備運行。為解決注入器中暗電流的技術限制，我們對電子槍產生的暗電流進行了空間分布、流強、能譜等特征的綜合研究。先對VHF槍的場發(fā)射來源作了模擬和實驗的研究，建立了暗電流發(fā)射模型并跟蹤其輸運過程。然后對暗電流進行了定量研究，分析了消除暗電流的各種措施。其中提出的

4、基于被動準直器的暗電流消除法能夠在不影響主束流的前提下巧妙且有效地消除90％的暗電流，有望運用于連續(xù)波X射線自由電子激光等對暗電流發(fā)射有苛刻要求的加速器裝置中。
　　光陰極材料的使用壽命常常較短，同時存在量子效率隨時間衰減、分布不均等問題。采用偏軸激光激發(fā)的方法可延長光陰極的使用壽命、改善量子效率分布不均等現(xiàn)象。但是微波腔的偏軸發(fā)射會引起束流橫向-縱向相關性、發(fā)射度增長等問題，我們對這些技術難題作了具體剖析。同時建立了RF腔的偏軸

5、束流動力學理論，通過雙腔模型證明橫向發(fā)射度補償?shù)目赡苄浴２捎猛队鞍l(fā)射度分解法，深層次分析偏軸束流的發(fā)射度增長原因，采用多目標遺傳算法對偏軸束流的發(fā)射度進行優(yōu)化，并得到詳細的發(fā)射度補償方案。為解決優(yōu)化過程中的空間電荷力計算難題，我們建立了ASTRA和IMPACT-T兩種軟件聯(lián)合模擬的方法，成功對偏軸束流進行科學、精確的優(yōu)化計算。模擬結果證明在適當優(yōu)化后，偏軸束流的發(fā)射度增長可控制在小范圍內，在一定條件下的尾場效應也可忽略。偏軸運行方法將為

6、光陰極注入器的高效穩(wěn)定運行做出貢獻。
　　速度壓縮是提高束流峰值流強、縮短束團長度的方法之一，主要用于較低能量的注入器階段。但是目前的技術只能實現(xiàn)3倍左右的低壓縮倍數(shù)，高壓縮倍數(shù)無法實現(xiàn)是受到了非線性壓縮和發(fā)射度無法補償?shù)痊F(xiàn)象的限制。對此我們提出了兩個層面的改進措施。第一，通過降低加速管的梯度，實現(xiàn)線性壓縮過程。同時證明了降低加速梯度還能降低對系統(tǒng)精度的要求，有利于實驗操作和成本的降低。第二，首次提出在降低加速梯度的基礎上做減速相

7、位注入的方法，從而獲得超高倍數(shù)壓縮且橫向發(fā)射度完全補償?shù)母吡炼入娮邮ＴO計了新穎的速度壓縮方案，采用了多目標遺傳算法進行方案優(yōu)化，模擬結果該方法可以實現(xiàn)19倍的束團壓縮倍數(shù)并完全補償束流橫向發(fā)射度。該結果對短波長自由電子激光等研究有重要價值。
　　偏振激光斜入射時光陰極的量子效率較高，但激光斜入射會引起光斑橢圓化、波前不同步等問題。我們提出了采用徑向偏振激光正入射到圓錐型光陰極的設計構想，這種方法可以保持較高的量子效率，同時不會引