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为了获得高品质(即高平均或峰值流强、高亮度、皮秒量级的超快时间结构)的电子束，迄今为止普遍认为利用激光驱动的光阴极电子枪是实现该目标的可行技术路线之一。基于这一物理思想，北京大学射频超导实验室2000年提出了DC—SC光阴极注入器的实验方案和初步物理设计。2002年，在研制的1+1/2—cell超导腔光阴极注入器样机上验证了DC—SC光阴极注入器的可行性，研究结果为完善和升级改造光阴极注入器提供了必要的经验。
本文围绕着北京大学最新设计的光阴极注入器的核心部件3+1/2—cell超导腔的端腔组件展开系统研究。对于实用的超导腔端腔组件的研究是十分必要的，3+1/2—cell超导腔的端腔组件主要包括：两个高阶模耦合器、一个主耦合器和一个提取探针。3+1/2—cell超导腔一端为直径12mm的束管，与直流电子枪相连，另一端为直径78mm的束管，因而端腔组件的部件全部集中在束管的同一侧，是一种新型的端腔组件。论文的研究内容包括：3+1/2—cell超导腔端腔组件关键部件的物理设计，其中基于主耦合器耦合度易于调节的要求，采用了同轴型的主耦合器。为减小主耦合器的coupler kick效应和便于工程安装，确定了主耦合器端口的具体参数；提取探针也是采用同轴型结构，Qext=1012，不影响超导腔的运行；用于PKU—FEL的束流产生的高阶模功率为瓦量级，采用了同轴型的高阶模耦合器。
理论上，阐述了高阶模的产生，对束流的影响。模拟计算了3+1/2—cell超导腔的各本征模及其具体参数，通过分析找出了危害大的高阶模，分别为TE111、TM110、TM011、TM020。计算了在不同束团长度下超导腔的loss factor，得到了不同长度的束团通过3+1/2—cell超导腔时产生的高阶模功率。
实验上，专门设计研制了一台同轴型高阶模耦合器性能测试装置，用来测试高阶模耦合器的通带特性。测试表明调整后的高阶模耦合器对1.3GHz的微波截止，对其它频率的微波有很好的吸收。在2—cell实验铜腔上，对高阶模耦合器的放置角度进行了研究，找出了最佳位置。在3+1/2—cell腔上，克服了3+1/2—cell超导腔小束管直径的限制，确定了3+1/2—cell腔中的各高阶模，并进一步确定了高阶模耦合器对3+1/2—cell超导腔模式的吸收，实验结果表明高阶模耦合器能对腔内的有害谐振模式有很好的吸收，达到使用要求。在实验过程中，建立了一套比较完整的调整高阶模耦合器的方法。
在3+1/2—cell超导腔的端腔组件中4个部件集中在同一端，本文着重分析了主耦合器和提取探针之间的cross—talk，以及cross—talk对3+1/2—cell超导腔测量和控制的影响，研究证明了腔体处于超导情况下cross—talk的影响是可忽略的。
针对3+1/2—cell超导腔加速的束流强度达到百毫安或安量级、高阶模的功率达到千瓦量级的情况，本论文研究了强流下新的端腔组件的设计，完成了束管型高阶模耦合器的初步物理设计，并采用微波吸收体，确定了各高阶模的Qext。为抑制coupler kick效应对束流的影响采用了两个对称分布的主耦合器。
本论文的研究给出了北京大学DC—SC光阴极注入器中3+1/2—cell超导腔的端腔组件的设计和性能，通过对端腔组件中同轴型高阶模耦合器的实验研究，建立了同轴型高阶模耦合器调整的技术规范。