自由电子激光,以其高功率、短波长、辐射相干和波长可调等特点,成为现代科学研究越来越重要的工具。世界上第一台硬x射线的自由电子激光装置LCLS已经顺利完成建设、安装及调试工作,投入到了用户使用阶段。LCLS的成功,向全世界证明了现代理论及模拟软件发展的成熟。与此同时,LCLS未来的发展方向成为大家关注的焦点。在这种背景下,我们开始了对A—Line软x射线自由电子激光的可行性研究工作。本文首先对A—Line作为软x射线自由电子激光线的可行性进行了系统的研究。我们提出了新的束流加速方案,设计了新的A—Line束流传输系统,理论分析并模拟计算了电子束在通过束流传输系统时产生的物理效应(相干和非相干同步辐射效应等)对束流品质的影响,其结果论证了用A—Line作为软x射线自由电子激光线是可行的,为LCLS实现软、硬x射线自由电子激光的同时运行提供了理论依据。软X射线波段自由电子激光的极化控制,是目前自由电子激光领域研究的热点之一。本文分别分析研究了采用交叉型波荡器和高频波荡器实现极化控制的两种方案。在已有的交叉波荡器结构的基础上,提出了效率更高的在两阶谐波上进行极化控制的新结构,并分析比较了交叉型波荡器在SASE和Seeded两种FEL工作模式下对基波和谐波的进行极化控制的效果,阐述了影响交叉型波荡器极化控制效率的因素。此外,我们从理论上全面分析了高频波荡器对功率源的需求。受加工技术的限制,波荡器周期很难做到小于cm级,因此,有效利用平面型波荡器中的谐波场辐射,成为有效缩短辐射波长的方式。本文分析研究了一种可以有效增强谐波磁场场强的改进型波荡器结构,并对此结构的磁场及其对辐射谱的影响进行了理论分析及模拟计算。