各种更先进和更精密的科学实验对同步光源的要求提出了更高的要求。现有的第三代同步辐射光源和飞秒激光器已经无法满足很多对光源性能上的要求，例如高相干性，短脉冲，高亮度，短波长等等特性。第四代光源仍处于研究阶段，性能指标等很多概念都还没有达到一个共识，但是得到大家公认的是能量回收加速器和自由电子激光都是潜力非常大的第四代光源的可能选择。　　能量回收加速器和自由电子激光各有着自己的优缺点，互相是不可取代的。同时，能量回收加速器和自由电子激光的建设中非常重要和昂贵的部分是一台高能量的超导直线加速器。中国科学院高能物理研究所经过研究提出了”一机两用”的概念，通过同一台直线加速器将先进光源能量回收加速器和自由电子激光结合到一起。为了进行技术积累和加速器物理的预研，同时也是对一机两用概念的验证，一台能量回收加速器和自由电子激光两用机器的实验装置非常必要。　　本论文的主要工作是研究了ERL-FEL两用实验装置的相关物理问题，完成实验装置的结构设计。由于实验装置中存在两种不同的束流，结构设计需要同时满足两方面的要求。作者在充分调研的基础上，通过对实验装置的设计优化解决了空间电荷效应(LSC)和相干同步辐射(CSR)对束流品质的影响，完成了ERL束流束团长度的压缩和能散的压缩，使实验装置的束流指标达到设计目标。　　此外，论文深入地研究了两用装置中的多圈束流崩溃效应(BBU)，通过编写程序进行模拟研究了两种束流的情况下BBU效应的阈值电流的变化，并发现了两用装置中的这一效应相对于普通能量回收加速器的一个不同现象:束团中心轨道的波动。然后通过一个简单的模型，作者给出了这一现象的机制，并发现在FEL束团的重复频率和轨道波动幅度之间存在共振关系。应用这一发现，通过调节FEL束团的重复频率可以有效的对束团轨道的波动效应进行抑制。对两用装置中的多圈BBU效应的研究，在一定程度上证明了两用装置的概念的可行性。