中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置是一台用于材料、光谱、生物、医学等领域前沿研究的多功能用户装置，在实验室现有的太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）基础上，拟新增两套2×9-cell超导加速单元和两台波荡器，将电子能量提升至最大50 MeV，输出频率覆盖范围拓展至0.1~125 THz，最大宏脉冲功率大于100 W。同时，采用跑道型束线设计，拟建设一台小型能量回收型直线加速器实验研究平台。本文主要介绍了中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置的总体设计、工作模式以及用户实验站布局。

波荡器电子轨迹中心偏移和磁场误差对CTFEL装置性能影响很大, 通过前期设计和后期测量与优化将其限制在指标要求范围内。在前期设计中尽量避免引入全局性的系统误差: 磁结构具有平面反对称结构, 保证电子轨迹中心和波荡器磁轴重合; 磁结构端部的特殊设计减弱了间隙对出口磁场二次积分的影响; 机械系统的大梁和立柱具有良好的刚性, 闭环控制系统保证了高的波荡器间隙控制精度, 这些措施降低了间隙不一致引入的磁场误差。在后期测量与优化中削弱了磁场的残存全局系统误差和局部随机误差: 利用磁场点测台测量了波荡器磁场的纵向和横向分布, 通过调节标准单元组件位置对磁场进行了垫补和优化, 优化后电子轨迹中心偏移、峰峰值误差、相位误差、好场区及其误差均满足指标要求。

磁场点测台是加速器领域测量磁铁和波荡器等磁元件的主要设备之一, 其需要在快速精确的控制系统支持下工作。中国工程物理研究院应用电子学研究所近期搭建了一套磁场点测台, 并基于通用运动控制器(UMAC), 设计开发了该磁场点测台的控制系统。系统采用了上位机工控机和下位机UMAC两级计算机控制的层级结构, 可以充分发挥其各自优势: 下位机UMAC可以快速、精确地控制电机动作, 因此下位机程序负责控制六轴运动平台以go-stop模式运动; 上位机工控机数据处理和存储能力强, 因此上位机人机交互界面负责收集、记录和显示磁场数据, 并负责设定磁场测量参数和监控运行状态。两级计算机动作的同时性通过触发信号来保证。

中国工程物理研究院基于超导射频直线加速器的谐振腔型太赫兹自由电子激光(CTFEL)于2017年8月29日16时首次饱和出光，并稳定运行，中心频率2.56 THz，谱宽1.9%，宏脉冲平均功率大于5.7 W。

针对中物院高功率太赫兹自由电子激光(THz FEL)装置, 结合目前FEL实验的实际情况, 完成了THz波段波导光腔对光腔品质影响的理论分析和模拟计算, 确定了不同频段实验所需合适的波导间隙。理论分析与数值模拟表明, 光腔加入波导管后减少了腔损耗, 使腔内增益提高约30%。完成了不同波导间隙在不同频段的影响计算, 并确定了不同频段合适的波导间隙。进一步考察了波导间隙在14 mm和22 mm时对光腔质量及品质的影响。