自由电子激光是使自由电子的电磁辐射受激放大的新一代强相干辐射光源。自由电子激光可以工作在通常激光到达不了的波段,其峰值亮度高十个量级,平均亮度高两个量级以上,其波长连续可调、工作范围宽,高功率高效率,辐射相干性好,时间结构可控,成为了近年来国内外研究的热点。其中,波荡器是自由电子激光器的核心组件,可为电子和光电场之间的相互作用提供横向周期静磁场。在这种背景下,本文围绕波荡器展开工作。根据实际需求,本文工作主要是对横向梯度波荡器和聚焦波荡器两大部分进行研究。本文对自由电子激光的基本原理、发展趋势和波荡器的物理特性进行了回顾和总结,并对课题开展的背景跟相关数值模拟软件进行了介绍。对横向梯度波荡器进行了研究分析。横向梯度波荡器可用于电子束能散较大的情况。经典横向梯度波荡器通常是通过倾斜波荡器的磁极面和磁块端面得到具有横向梯度的磁场。本文中,设计了新的磁块和磁极结构,通过倾斜磁块背面、磁极背面或者将磁块磁极做成楔形等,提出了新的横向梯度方案。理论分析并模拟计算了各方案磁块和磁极的倾斜角对横向梯度的影响,并对比各方案的横向梯度随中心间隙周期比的变化情况。结果表明,将磁极面、磁极背面倾斜或将磁块和磁极做成横向楔形等方法可以得到适用的横向梯度；若在磁极面已倾斜的基础上将磁极背面同步倾斜,或者在楔形波荡器的基础上将磁极面或磁极背面同步倾斜,将会得到更大的横向梯度。此外,理论分析了横向梯度波荡器的适用范围,同时,还利用B2E软件计算了电子束的偏转效应。对横向聚焦波荡器进行了研究分析。横向聚焦波荡器可用于电子束能量较低、β函数较小的情况。讨论了几种改变磁块和磁极几何形状的横向聚焦波荡器,这些方案均基于永磁块面、磁极面的交替倾斜,以产生横向场梯度用于聚焦电子束,分别是磁极背面交替倾斜,磁块矩形、磁极面交替倾斜,磁块面磁极面对称交替倾斜,磁块面磁极面不对称交替倾斜等。使用RADIA软件分别对不同结构波荡器方案的横向磁场进行模拟计算,并分析了各方案横向聚焦特性的变化,并进行相互比较。结果表明,磁块面磁极面不对称交替倾斜波荡器方案的相应场聚焦梯度强度最优,若在此基础上将磁极背面同步倾斜,会得到更强的聚焦效果。选取了横向聚焦特性最优的波荡器,并详细研究了其主要性能以及主要参数对聚焦特性的影响。另外,这一类型横向聚焦波荡器结构简单,工艺难度低。最后,根据已有的数据结果得出了一些有意义的结论。