X射线自由电子激光器（FEL）由于其超高亮度、超短脉冲等特点，在世界范围内得到广泛应用。 基于尾流场理论，我们计算了上海X射线自由电子激光器（SXFEL）中从直线加速器出口到波荡器末端，束流在245 m不锈钢传输线和波荡器中的阻抗壁尾场。通过对两种不同的阻抗壁尾场的叠加，发现将导致束流纵向相空间的畸变。在SXFEL上进行束流物理的实验，并得到与理论预测非常吻合的实验结果。 结合之前对主要直线加速器部分的详细模拟和实验研究，为后续FEL整体束流优化提供了参考。

We calculate the time-energy distribution (TED) and ionization time distribution (ITD) of photoelectrons emitted by a double-extreme-ultraviolet (XUV) pulse and a two-color XUV-IR pulse using the Wigner distribution-like function based on the strong field approximation. For a double-XUV pulse, besides two identical broad distributions generated by two XUV pulses, many interference fringes resulting from the interference between electrons generated, respectively, by two pulses appear in the TED. After adding an IR field, the TED intuitively exhibits the effect of the IR field on the electron dynamics. The ITDs during two XUV pulses are no longer the same and show the different changes for the different two-color fields, the origin of which is attributed to the change of the electric field induced by the IR field. Our analysis shows that the emission time of electrons ionized during two XUV pulses mainly depends on the electric field of the combined XUV pulse and IR pulse.

为了明确太赫兹能量空间分布的影响因素，研究了激光拉丝形状对太赫兹能量空间分布的影响。采用柱面透镜替代传统球面透镜聚焦激光的方法改变激光拉丝的形状，产生一个片状的激光拉丝体，并采集该片状激光拉丝产生的太赫兹能量空间分布。研究结果表明，激光拉丝形状的改变不仅会引起太赫兹能量空间分布的改变，而且还会引起泵浦光偏振方向改变时使太赫兹能量空间分布发生改变。

为了有效地对太赫兹波进行增强和连续控制，提出一种通过外部空间干扰调制太赫兹波的空间分布对太赫兹波进行增强和连续控制的方法。通过理论计算对比了未放置和放置空心金属波导的太赫兹波的空间分布，并研究了通过外部空间干扰改变太赫兹波传播路径对太赫兹波空间分布的影响。研究表明，采用改变空心金属波导和激光拉丝相对位置的方法，可以得到连续调控的太赫兹波的空间分布，并且太赫兹波空间分布的最强点能量强度增强了近5.9倍，可为宽带太赫兹波的连续调控提供参考。

针对空间等离子体及其模拟环境、空间原子氧及其模拟环境对离子能谱测量的需要，利用仿真软件COMSOL，对离子能量分析器的低能离子测量特性进行了仿真研究。介绍了离子能量分析器的工作原理，对离子能谱测量过程进行了公式推导。通过对三种待选仪器设计方案进行离子透过率仿真分析，确定了一种较优的仪器设计方案。多种离子温度下的误差分析结果也表明，该设计方案能够较为准确地测量离子能量分布。分析了电场畸变、等离子鞘层、栅网对齐方式和离子温度对测量结果的影响，根据仿真结果对一些仿真实验现象做出了合理的解释。