高频偏转腔给粒子提供简谐时变的横向作用,实现电子束横向相空间和纵向相空间的线性耦合,在加速器领域应用广泛:可用于高能粒子对撞机中提高亮度,在同步辐射光源中压缩光脉冲,并已成为新一代加速器装置束流诊断的重要工具。本论文对偏转腔的基本原理进行了详细的论述,并在此基础上对偏转腔中的几个重要问题进行了研究。和加速腔不同,偏转腔的工作模式为双极模TM110 ,存在极化简并,分离两个极化方向的模式是研制偏转腔的首要问题。原理上可通过腔形中引入圆周不对称性来实现,例如采用椭圆形腔型,或在腔壁上特定位置进行微扰等;本论文对此进行了理论分析,并探讨了实际应用中非轴对称腔型的优化等问题。用于储存环的超导偏转腔,另一重要问题和难点是模式抑制,特别是低阶模的抑制。本论文研讨了偏转腔高阶模(HOM)及低阶模(LOM)的抑制技术,针对同步辐射光源空间有限,需要压缩偏转腔结构纵向长度的难点,提出了束流管道上正交的矩形波导进行低阶模抑制的方法,并应用在美国ALS和APS同步辐射光源的偏转腔设计中。对驻波偏转腔的动力学分析发现了零相位粒子偏离轴线的问题。本论文通过解析求解和模拟计算,仔细调节3-Cell结构的腔长,实现了该粒子偏移的矫正。在此基础上,设计并研制了L波段常温偏转腔,用于美国ANL实验室的发射度交换实验。偏转腔把束团的纵向信息耦合为横向信息,已经成为国际上束团纵向分布测量的重要手段。我们研制了S波段偏转腔,对清华大学汤姆逊光源的初期进行了束流的诊断,测得束团的长度为700fs ,测量相对误差5%,并实现纵向100fs分辨长度,为束团切片发射度的测量提供了条件。在此基础上,对不同电荷量的情况下空间电荷力导致的束团纵向拉伸进行了实验研究。提出了利用计算机断层成像技术重建束团三维分布的方法,并通过实验得到了一个实际束团的三维空间形态。