近日，中國科學院上海高等研究院（以下簡稱“上海高研院”）上海光源中心的粒子加速器微波技術團隊在微波結構領域取得重要進展，原創(chuàng)性地提出了一種基于正交雙模式的極化方向可變偏轉腔的新概念，并基于神經網絡和多目標算法等智能算法實現(xiàn)了復雜微波結構設計。研究成果以 ”Design of a dual-mode transverse deflecting structure using neural network and multi-objective algorithms“ 為題發(fā)表在Physical Review Accelerators and Beams上，并被選為編輯推薦的封面文章(每年約有十篇論文入選)。論文的第一作者為中國科學院上海應用物理研究所的博士研究生龔寒昱，通訊作者為上海高研院的方文程研究員和譚建豪副研究員。

射頻偏轉腔是粒子加速器的關鍵設備，在束流測量和操控、飛秒激光-束流同步和超短FEL輻射脈沖診斷等領域具有重要應用。近年來，先進粒子加速器技術正在發(fā)展6-D束團相空間重構、超快立體角束流分配和超長粒子束長度測量等前沿技術，以滿足未來自由電子激光裝置、超快電子衍射和質子閃療（FLASH）技術的發(fā)展需求。當前偏轉腔技術只能實現(xiàn)單一的極化方向，難以滿足這些新技術的要求，亟需發(fā)展新原理，實現(xiàn)可變極化方向的新型偏轉腔，以滿足未來粒子加速器的發(fā)展需求。上海高研院上海光源中心的粒子加速器微波技術團隊原創(chuàng)性的提出正交雙模式原理，基于兩個正交模式的幅相控制技術，實現(xiàn)偏轉電磁場極化方向可調的功能。同時，技術團隊依靠三維電磁場模擬軟件，深入研究了模式特征和結構設計，最終成功驗證了正交雙模式原理的可行性。

新型的偏轉腔由雙模常規(guī)腔、雙模耦合器和低通濾波結構組成。在偏轉腔內同時激發(fā)極化方向正交、傳輸方向相向的兩個行波偏轉模式——HEM11和HEM12。在三維電磁場模擬設計中，兩個正交模式合成后，偏轉電磁場相位的傳播速度與束團飛行速度同步，使束團感受到穩(wěn)定的橫向偏轉力，并通過調節(jié)兩個正交模式的幅度和相位配比，改變橫向偏轉力的極化方向和強度，進而實現(xiàn)束團偏轉方向在立體角度可調的功能。相比較于傳統(tǒng)單一模式的偏轉腔結構，雙模偏轉腔結構復雜，優(yōu)化目標繁多，因此技術團隊還基于神經網絡和多目標優(yōu)化算法開發(fā)了高效的優(yōu)化算法，成功完成了15-cell雙模偏轉腔驗證樣機的物理設計和工程設計。目前，該樣機已完成加工和測量，即將開展高功率測試和束流實驗，預計偏轉梯度均可以達到30MV/m。

該研究成果得到了國家自然科學基金面向項目、優(yōu)青項目和ANSO項目的共同支持。

原文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevAccelBeams.27.042001