合肥光源逐圈束流位置监测系统中的定时系统

 定时系统是合肥光源逐圈束流位置监测和相空间测量系统中的重要组成部分,其主要目的是为数据采集卡提供与环内电子束团同步的时钟信号。该系统包含高速ECL时钟成形、分频电路、程控延时电路、控制模块等部分。可实现延时范围0～220ns,最小延时步距0.5ns,调整精度0.1ns,时钟抖动小于200ps。系统控制软件基于客户/服务器结构,操作灵活、方便。     

闪光二号加速器气体主开关同步触发系统

 设计并调试了闪光二号加速器气体主开关同步触发系统。该系统主要由同步控制部分和高压脉冲形成部分构成。整个触发过程包括同步信号的引出、整形滤波、快速比较电路传输、前级脉冲形成、高压脉冲产生。通过对同步信号的整形处理，解决了发生器电流上的高频信号干扰问题；经过快速比较电路和前级脉冲后，选取了同步信号开始工作的时间点，并形成十几V的触发信号；高压脉冲形成部分主开关采用场畸变结合预电离的方式，该结构的气体开关时间响应为50 ns，抖动小于5 ns，满足使用要求。调试结果表明:该系统输出脉冲电压幅值100 kV，前沿小于10 ns，系统的工作时延440 ns，抖动13.5 ns；可通过增加电缆长度来控制触发信号到达气体开关的时刻，实现气体主开关与Marx发生器的延时同步工作。     

可编程光纤延时系统特性

采用17个光开关和16段不同长度光纤的级联方式,搭建了一套可编程光纤延时系统,实现的延时范围为0～65535 ns,步长为1 ns,数据刷新率可达100 Hz,延时稳定性为0.2 ns,延时抖动小于0.32 ns,整套系统损耗小于31 dB。对可编程光纤延时系统的延时精度、损耗和数据刷新率等特性进行了研究,分析了损耗和色散对延时测量的影响,提出了一种减少延时测量误差的阈值补偿法,弥补了损耗和色散引起的延时测量误差。     

用于激光打靶装置中的新型同步系统的研究

一种用于多路激光打靶装置中的新型智能化数字同步机已经研制成功,它将模拟延时电路和数字延时电路巧妙结合在一起,使得最大延时范围达到1s,触发晃动小于1ns,步进精度5ps.     

基于FPGA的高速电光选通系统设计

介绍了一种获取高速调制电信号的新方法－基于FPGA的高速电光选通系统.此系统分为选通脉冲和高压调控两个模块.选通脉冲模块由高速信号放大、FPGA延时、可控延迟传输线三个部分组成.利用FPGA高密度、高可靠性、可反复擦写和可以现场编程、灵活调制的特点,将整个系统的主要控制部分集成在FPGA中,并将延时分为数字延时和模拟延时两部分.然后利用FPGA实现数字延时,可控延时线实现模拟延时.经试验检测,高压部分可以产生重复频率1 Hz~1 kHz,步进1 Hz,延时范围为0~1 μs,步进为1 ns,幅度为8 000 V,前沿和后沿小于10 ns,抖动小于1 ns的高压矩形电脉冲,从而满足各种电光调制系统中的需要.     

基于IODELAY原语SAR载荷模拟器延迟单元设计

针对星载合成孔径雷达中数传分系统接收数据时序拉偏测试需求,本文提出一种基于FPGA原语的SAR载荷模拟器延时单元设计与实现。该延迟单元采用IODELAY原语,通过时序约束实现正反向时钟拉偏功能。仿真与试验结果表明,该延迟单元时序调整范围可达-6ns至6ns,步进1ns,系统运行稳定,满足设计要求。     

高精度组合脉冲激光时序控制系统设计

在激光等离子体机理的研究中,为实现灵活的界面配置和多路脉冲激光器高精度的时序延时,设计了一种基于微控制器STM32和FPGA的多路时序延时控制系统。重点介绍了基于FPGA的多路ns级时序信号和基于ucGUI的触摸屏界面的设计。另外,采用高速光电隔离技术和高速FET开关电路技术,对驱动电路进行了设计,缩短了输出脉冲上升沿的时间,提高了系统延时精度、驱动能力和抗干扰性能。测试结果表明,该设计每路延时可调,调节范围为5 ns~10 ms,最小可调步进为5 ns,延时误差小于1 ns。     

延时法测量条纹相机μs档扫描非线性

为实现μs档条纹相机扫描非线性标定,建立了基于延时可调信号源和外触发激光器的条纹相机μs档扫描非线性标定系统,弥补了标准具法的不足。系统通过延时值的递增,得到条纹相机扫描速度在全扫程的变化。系统中时间关系抖动来源主要是测试设备延时抖动和条纹相机触发延时抖动。时间抖动测试与分析显示,条纹相机延时抖动±0.6ns,测试设备延时抖动±0.3ns,系统总时间抖动±0.7ns。系统时间抖动会造成最终时间轴信息的起伏。大量数值模拟分析表明,时间轴起伏对系统时间抖动的影响±2ns,在可以接受的范围内。因此,该系统能够胜任条纹相机μs扫程时间信息的测量标定。     

EtherCAT时钟同步技术研究

EtherCAT是一种实时工业以太网协议;基于EtherCAT实时性强的特点,重点研究了EtherCAT分布时钟机制,并提出了在嵌入式设备上基于实时操作系统μC/OS II完成主站设计的方案;通过分析传输延时补偿、初始偏移补偿、动态漂移补偿等时钟同步过程,完成了对主站系统时钟同步技术的设计;基于环形冗余结构搭建了一主三从的EtherCAT测试系统,并通过计算机、示波器等设备采集得到从站间产生SYNC0信号的时间差值数据;最后,根据SYNC0周期为1 ms的数据,分析得到系统时钟误差维持在55 ns以内的同步性能,为时钟同步技术的理论研究提供了数据支持。     

高速转镜相机转速测量的同步传感系统

 同步传感系统新方法主要是利用激光的抗电磁干扰及可高速处理的性能得到转镜的时间信息，再经过光电转换来实现转速的测量。探测电路部分采用限幅放大，在一个大的动态范围内，都可以得到稳定的脉冲信号。为满足精度的需求，信号处理部分采用ASIC计数单元，精度为0.2 ns，然后通过嵌入式控制模块，方便地实现人机通信。由实验结果得到该方法的误差在ns级，比传统的高速相机传感器在精度上提高了一个数量级。     

新的高能注量电子束二极管系统

 为“闪光二号”加速器研制了新的二极管系统, 其电子束能注量比原二极管系统大3倍多。该系统由带滑闪开关的二极管、漂移管、脉冲磁场和真空靶室等部分组成, 通过减小阴极直径、增大轴向磁场强度和磁透镜比，调节滑闪开关距离和预脉冲开关气压等技术措施, 使二极管具有高能注量电子束输出的稳定工作状态, 在Marx发生器充电电压70kV条件下，在距阴极22cm的靶上获得了总能量21.5kJ、束斑直径52mm和能注量1.01kJ/cm²的电子束输出。     

强流相对论环形电子束自调制振荡研究

 主要研究了强流相对论环形电子束在等位谐振腔内的非线性自调制振荡，用小信号理论分析了电子起振的条件，得出了电子起振的扰动频率。基于该理论分析，又提出了一种不外加磁场的新型高功率微波器件，该器件主要由一个圆柱谐振腔和一个同轴波导输出腔构成。用2.5维MAGIC粒子模拟软件对该非线性过程进行数值模拟，分析了输入电压、电流对输出微波功率的影响。模拟结果表明这种结构中确实存在非线性不稳定性，自调制的扰动频率则由电子束的初始能量、电荷密度和电子束的半径以及谐振腔的空间结构给定。利用谐振腔长为4.7 cm、二极管电压为2.8 MV、电流为20 kA的电子束，可以得到频率为4.29 GHz、功率为6 GW的微波输出，束-波转换效率约为11%。     

电子束在磁透镜场中压缩传输理论

 给出了强流相对论电子束在磁透镜场中压缩传输系数的理论公式和计算结果，其结果说明能量传输效率随磁透镜比的增大而减小，随阴极处磁感应强度的增大而增大，对于一个特定的系统存在一个能通量密度的极限值。     

平面二极管爆炸发射阴极特性实验研究

 在电压0.6~1.0 MV,脉冲重复频率为100 Hz条件下,实验研究了爆炸发射阴极的有效发射面积、平均发射电流密度、二极管阻抗、电子束能量损耗机制等特性。结果表明：阴极有效发射面积随时间呈方波变化,在脉冲开始后5 ns内有效发射面积基本达到稳定。在碳纤维、天鹅绒、石墨、不锈钢4种阴极材料中,碳纤维阴极有效发射面积最大且变化相对稳定,并且碳纤维阴极具有最大的平均发射电流密度。二极管阻抗随着阴阳极间隙的增加并非呈平方关系增加,而是呈线性增长,阻抗失配是降低电子束能量传输效率的主要机制。     

不同入射角度下强流脉冲电子束能量沉积剖面和束流传输系数模拟计算

 强流脉冲电子束在材料中的能量沉积剖面、能量沉积系数和束流传输系数受其入射角的影响很大，理论计算了0.5~2.0MeV的电子束以不同的入射角在Al材料中的能量沉积剖面和能量沉积系数，并且还计算了0.4~1.4MeV电子束以不同入射角穿透不同厚度C靶的束流传输系数。计算结果表明，随着入射角的增大，靶材表面层单位质量中沉积的能量增大，电子在靶材料中穿透深度减小，能量沉积系数减小，相应的束流传输系数也减小；能量为0.5~2.0MeV的电子束当入射角在60°~70°时在材料表面层单位质量中沉积的能量较大。     

10MeVLIA加速电压、电子束流测试

描述了中物院流体物理研究所１０ＭｅＶ电子直线感应加速器（１０ＭｅＶＬＩＡ）加速电压、电子束流波形测试方法，主要介绍了为探测加速腔电压波形而设计的电容性高压脉冲探头（ＣＶＰ探头）及其测试方法，并介绍了用电阻环四象限点监测束流质心位置及束流强度的方法。     

光学渡越辐射测量中能量分辨精度分析

 基于光学渡越辐射原理的用于高能强流电子束束流参数在线测量及诊断系统,具有时间响应快、分辨率高等特点,可以测量电子束的束剖面、发散角、能量等多个参数。分析了测量系统的结构参数（包括了透镜的焦距、成像面位置、CCD像元尺寸）对电子束能量测量精度的影响,并在理论上模拟了电子束的发散角的影响。还根据系统数据的特点,阐述了数据噪声对能量测量结果精度的影响,指出了光学渡越辐射测量中电子束能量分辨精度受到多种因素的影响,需要在数据处理时考虑修正。     

高压直流连续波光阴极注入器中电子束流发射度研究

 高平均功率自由电子激光研究中，电子束质量是关键。针对高平均功率自由电子激光目标参数，提出了直流高压连续波光阴极注入器，给出了注入器的束流动力学过程。为了降低输出束流横向发射度，采用特殊结构设计的静电加速腔，加速电压1MV，最大加速梯度10MV/m。用PARMELA程序进行了粒子动力学模拟，电子束束团电荷为0.5nC，束团长度10ps时，注入器输出束流归一化发射度均方根值为5.8mm·mrad。     

光学渡越辐射理论及其在直线感应加速器脉冲电子束诊断中的应用

匀速运动的带电粒子在穿过具有不同介电常数的两种媒质界面时要产生所谓光学渡越辐射。该辐射在粒子的入射平面上呈偏振行为;从辐射强度的角分布可以确定入射粒子的能量。在入射到双膜系统的情况下,由于干涉的发生,在第二膜前表面的强度角分布有振荡行为。利用这些现象,可对脉冲电子束包络半径、束电流密度的横向分布,束能量以及横向散角进行测量,依照这一原理在各LIA加速器上进行的脉冲电子束参数测量,获得的有效数据极大地提高了加速器的调试效率。     

引导磁场对收集极中电子能量沉积的影响

理论分析了引导磁场对收集极材料中电子运动的约束作用,推导了引导磁场作用下二次电子的逃逸条件,利用蒙特卡罗方法计算了引导磁场作用下电子束在收集极中的能量沉积规律。研究结果表明:引导磁场对电子在材料内部的运动约束作用很弱,对二次电子有强约束作用;大部分二次电子经拉莫回旋再次轰击在收集极上被收集,逃逸的二次电子沿引导磁场方向进入束波作用区;增大电子的入射角度时,束流密度的降低和二次电子的再次入射降低了收集极中电子的最大沉积能量密度,提高了收集极的耐电子轰击能力。