近日，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）上海光源中心的粒子加速器微波技术团队在微波结构领域取得重要进展，原创性地提出了一种基于正交双模式的极化方向可变偏转腔的新概念，并基于神经网络和多目标算法等智能算法实现了复杂微波结构设计。研究成果以 ”Design of a dual-mode transverse deflecting structure using neural network and multi-objective algorithms“ 为题发表在Physical Review Accelerators and Beams上，并被选为编辑推荐的封面文章(每年约有十篇论文入选)。论文的第一作者为中国科学院上海应用物理研究所的博士研究生龚寒昱，通讯作者为上海高研院的方文程研究员和谭建豪副研究员。

射频偏转腔是粒子加速器的关键设备，在束流测量和操控、飞秒激光-束流同步和超短FEL辐射脉冲诊断等领域具有重要应用。近年来，先进粒子加速器技术正在发展6-D束团相空间重构、超快立体角束流分配和超长粒子束长度测量等前沿技术，以满足未来自由电子激光装置、超快电子衍射和质子闪疗（FLASH）技术的发展需求。当前偏转腔技术只能实现单一的极化方向，难以满足这些新技术的要求，亟需发展新原理，实现可变极化方向的新型偏转腔，以满足未来粒子加速器的发展需求。上海高研院上海光源中心的粒子加速器微波技术团队原创性的提出正交双模式原理，基于两个正交模式的幅相控制技术，实现偏转电磁场极化方向可调的功能。同时，技术团队依靠三维电磁场模拟软件，深入研究了模式特征和结构设计，最终成功验证了正交双模式原理的可行性。

新型的偏转腔由双模常规腔、双模耦合器和低通滤波结构组成。在偏转腔内同时激发极化方向正交、传输方向相向的两个行波偏转模式——HEM11和HEM12。在三维电磁场模拟设计中，两个正交模式合成后，偏转电磁场相位的传播速度与束团飞行速度同步，使束团感受到稳定的横向偏转力，并通过调节两个正交模式的幅度和相位配比，改变横向偏转力的极化方向和强度，进而实现束团偏转方向在立体角度可调的功能。相比较于传统单一模式的偏转腔结构，双模偏转腔结构复杂，优化目标繁多，因此技术团队还基于神经网络和多目标优化算法开发了高效的优化算法，成功完成了15-cell双模偏转腔验证样机的物理设计和工程设计。目前，该样机已完成加工和测量，即将开展高功率测试和束流实验，预计偏转梯度均可以达到30MV/m。

该研究成果得到了国家自然科学基金面向项目、优青项目和ANSO项目的共同支持。

原文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevAccelBeams.27.042001