正在建设的上海硬X射线自由电子激光装置（Shanghai HIgh repetitioN rate XFEL and Extreme light facility，SHINE）将利用40台周期长度为16 mm、磁长度为4 m、净气隙高度为4 mm的真空内超导波荡器，以产生垂直线极化的自由电子激光。霍尔探头磁场测量是目前测量波荡器场图最可靠的测量方法之一，而霍尔探头灵敏中心的定位精度是影响磁场测量精度的主要因素之一。本文介绍了这些超导波荡器的磁场点测量系统，以及霍尔探头灵敏中心的高精度位置标定。通过翻转安装有霍尔探头与角锥棱镜的磁测滑车，可分别标定霍尔探头灵敏中心以及角锥棱镜顶点和磁测滑车翻转轴的横向间距，从而获得霍尔探头灵敏中心彼此之间的横向距离，以及霍尔探头灵敏中心与角锥棱镜顶点之间的横向距离。该方法的标定精度好于±10μm，能满足该超导波荡器磁场测量的要求。

波荡器是自由电子激光器的关键技术部件，目前常规的波荡器主要由磁体构成，利用磁场实现电子束偏转振荡，将电子束能量耦合至激光场。本文提出一种基于光栅表面电场的电波荡器机制，以发展自由电子激光器的小型化技术。阐述了该波荡器的基本原理及电子束在波荡器中的运动规律，推导了该方案下的自由电子激光波长及增益，对所采用的光栅表面电场进行二维仿真，并对电子束进行了跟踪仿真，计算了能量10 MeV电子束产生的激光增益为0.43，验证了基于光栅结构的微纳波荡器方案的可行性。

在上海硬X射线自由电子装置（Shanghai High Repetition rate XFEL and Extreme light facility，SHINE）中正在研制的超导波荡器样机磁隙小至5 mm、磁体长至4 m、磁场强至1.58 T。电流引线的冷却是样机正常工作的一个关键问题。因为该样机恒温器内没有制冷机冷头，利用外部独立的制冷系统输送进样机内部的低温氦气来冷却电流引线；利用冷屏中部的导冷组件来传递常导铜引线产生的热量；通过仿真优化了常导铜引线的热负载；在恒温器测试中设计了超导辅助带材以电连通高温超导引线（High Temperature Superconducting Current Lead，HTS）的冷端。从测试中得到HTS热端与低温氦气之间温差小于20 K，且所有电流引线在满负载下正常工作。结果表明：在该样机中利用低温氦气冷却管通过导冷方式来冷却电流引线的方案可行。

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束，为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展，电子束的品质难以达到自由电子激光的需求，尤其在稳定性、发散角和能散等方面，阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展，整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展，并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明，通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大，产生高增益的辐射，这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。