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上海光源是一台高性能的第三代同步辐射光源，其上使用二极磁铁和各种扭摆器、波荡器获得不同特征的辐射光，进行各种成像应用。在某些应用中，如使用光束治疗，需要高能量、高通量的光子才能满足需求，普通的插入件磁场比较低，一般不超过2 T，产生的光子能量较低或通量不够，无法满足要求。多极超导扭摆器使用超导磁体产生具有多个周期的强磁场，一般高于3 T，可以产生较高通量的高能光子，能够满足需求，因此选择使用多极超导扭摆器作为新的光源。超导多极扭摆器是较为新颖的一种插入件，较早的超导波荡器通常只有一个主磁极，用来提高光子能量，其辐射特征与二极磁铁相似，而超导多极扭摆器辐射在低能区域具有一定的相干性，在高能区域与常规的超导扭摆器相似，可以在提高光子能量的同时提高其通量。为能够较好的制造和使用超导多极扭摆器，有必要对其开展研究。
本文简要回顾了超导多极扭摆器的特点、发展和应用；给出了一种超导多极扭摆器其参数优化的方法；对超导多极扭摆器磁场的数值设计进行了详细的研究并给出了一种符合要求的设计方案；详细讨论了超导线材的性质，给出了其数量化方程；给出了一种双绕组线圈磁体的设计，其优点是综合考虑了磁体的稳定、供电、成本和端部磁场调节等因素，可以提高磁体稳定性、减少超导多极扭摆器磁体需要的电源数量、降低成本并且方便调节端部磁场使磁场减小一次积分和二次积分；对线圈的整形和变形进行了较为详细的研究，给出了线圈变形对线圈上磁场、气隙中心磁场的影响，给出了线圈变形对其上预加拉力应力、安培力应力的影响。
超导多极扭摆器参数设计部分有两个主要内容，其一是根据电子在磁场中的运动理论给出对磁场的要求，其二是根据扭摆器辐射理论优化两个基本参数：磁场强度和周期长度，是设计扭摆器磁体的前提和基础。首先讨论了电子在扭摆器磁场中的运动，得到了运动方程，据此可以得到扭摆器磁场对电子运动的影响，磁场一次积分的变化反应了电子运动方向的变化，磁场二次积分的变化反应了电子运动轨迹的变化，当电子离开扭摆器磁体的磁场后，其运动状态应与无扭摆器影响时相同，这就要求磁场的一次积分和二次积分为零，各种高阶的多极磁场对电子的运动状态也有不同的影响，所设计磁体的磁场必须满足这些要求。其次讨论了扭摆器的辐射理论，给出了扭摆器辐射的功率、辐射光子的能量和通量，结合实际应用情况建立了扭摆器参数优化的模型，给出了本文设计的磁场强度和周期长度参数。
第三章为磁场设计研究部分。在本章中对使用数值方法设计超导多极扭摆器进行了详细研究，详细讨论了各种因素对磁场的影响，比较了不同的软件和方法、二维和三维的计算结果，给出了磁体参数优化设计的方法并结合具体的超导线材和铁磁材料给出了一个优化设计的磁体参数，给出了端部设计方法和具体的设计参数，给出了所设计磁体的横向不均匀度并讨论了磁极形状对该参数产生的影响，讨论了预加拉力和安培力在对线圈产生的影响。根据磁体结构的特点，对某些参数只需要使用二维数值计算优化，另外有些参数只能用三维数值计算优化，计算时可以选择不同的软件，使用不同的数值计算方法，均能得到正确的计算结果，无论使用哪种软件和方法，都要注意使用方法应正确方能保证计算结果准确。
第四章为线圈设计研究部分。首先详细讨论了超导线材的性质并将其数量化，其次给出了一个双绕组磁体设计，最后讨论了线圈变形对磁场和线圈稳定性带来的影响。所讨论超导线的性质主要包括：临界特性、比热、电阻率和热导率。给出了双绕组磁体设计的方法和结果，讨论了其励磁中间过程的电流、磁场、电感和储能的变化。建立了线圈整形、变形的模型，分析结果表明，线圈变形使气隙中心最大磁场减小、线圈上最大磁场增加、横向均匀度变差，但线圈上由预加拉力和安培力产生的应力和应变均减小，增强了其稳定性。