新型跑道腔式束流位置监测器

系统提出了一种新的腔式束流位置监测器(BPM),即跑道型腔式BPM,并使用微波工作室软件进行了理论研究和模拟计算,提出了通用设计方法。跑道型腔式BPM的金属腔部分具有跑道形横截面,引出束流位置偏移激励起的一对偶极模式作为束流位置信号。该方案的偶极模式极化方向固定,频率分离,可以解决随机误差产生的横向串扰问题,其理论位置分辨力可以达到15 nm。     

加速器束流诊断技术的新进展

介绍了加速器束流诊断技术的新进展, 包括束流位置测量技术、束团横向尺寸测量技术和束团长度测量技术. 束流位置测量技术主要介绍具有高位置分辨率的腔型束流位置检测器和数字束流位置处理技术. 束团尺寸测量技术主要介绍高空间分辨率的激光丝扫描器、光学渡越辐射和光学衍射辐射技术. 束团长度测量技术主要介绍高时间分辨率的相干辐射光谱技术、RF横向偏转腔、RF零相位技术和电光采样技术.     

HLS-Ⅱ直线加速器能量调节及应用

为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节,设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量,储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量;使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描,获得各加速段的能量增益公式;定量调节速调管的输出相位和高压,实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明,该方案能快速实现束流能量调节,调节后的束流具有良好品质,束流横向能散小于0.22%,注入速率明显改善。     

加速器束流诊断技术的新进展

介绍了加速器柬流诊断技术的新进展,包括束流位置测量技术、束团横向尺寸测量技术和束团长度测量技术.柬流位置测量技术主要介绍具有高位置分辨率的腔型束流位置检测器和数字束流位置处理技术.束团尺寸测量技术主要介绍高空问分辨率的激光丝扫描器、光学渡越辐射和光学衍射辐射技术.束团长度测量技术主要介绍高时间分辨率的相干辐射光谱技术、RF横向偏转腔、RF零相位技术和电光采样技术.     

用于PKU-FEL注入器的腔式BPM的设计

 设计了用于PKU-FEL注入器的腔式位置诊断装置。该BPM腔采用的偶极模TM₁₁₀模的频率与PKU-FEL主加速器的基模频率一致，都是1.3 GHz；通过在圆形腔上镶入两个完全一致的矩形腔解决了腔式BPM的Cross-Talk问题。 根据PKU-FEL的设计要求，所设计的BPM腔的最小位置响应约10 mm,动态范围大于30 mm，时间响应小于束团间距。还估算了该BPM腔引起的束团功率损耗。结果表明，BPM腔引起的束团功率损耗是可以忽略的。     

光阴极RF腔注入器束流发射度研究

 分析了光阴极RF腔注入器中的RF场效应和空间电荷效应，给出了电子在加速腔中束流发射度的解析表达式，它说明在加速过程中束流发射度是振荡变化的。利用SUPERFISH和GPT程序模拟计算了光阴极1+1/2腔注入器输出束流发射度与加速场强、注入相位、束团大小和形状、束团电荷的关系。适当选择这些条件，可以获得横向发射度小于2πmm·mrad 的输出束流。     

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。     

基于自由电子激光的小型太赫兹源初步设计

介绍了基于自由电子激光的太赫兹源的研究情况,提出了一种小型自由电子激光太赫兹源设计方案.采用独立调谐双腔热阴极微波电子枪,不需要α-磁铁及其他束团压缩装置,能够达到所需的束流品质,达到减小系统尺寸的目的.加速结构采用对称输入耦合器和同轴吸收负载输出耦合器,减少加速器的横向尺寸.采用混合永磁型波荡器,孔耦合输出的稳定球面光学谐振腔.介绍了该方案的初步设计和仿真计算.     

HLS Ⅱ储存环条带束流位置检测器的离线标定

针对合肥光源二期改造工程设计了一条带束流位置检测器(BPM), 用于储存环中束流参数在线测量。对条带BPM进行了位置信号的离线标定,采用差比和法和对数比法进行计算,获得了灵敏度系数、映射图和拟合经验多项式,发现采用对数比法得到的灵敏度大小和线性范围好于差比和法。对和信号进行离线标定,发现和信号相对中心位置处的归一化值在(-5 mm, -5 mm)到(5 mm, 5 mm)范围内变化不超过6%。该条带BPM也用来测量合肥光源储存环上束团横向四极振荡,所以需对横向四极分量进行标定。采用二维网格结构高斯加权法模拟高斯束团,使用差比和法进行计算,并将测量结果与模拟结果比较,发现横向四极分量随 (x2-y2)线性变化的灵敏度与模拟结果相同,均为0.001 1 mm-2。得到的拟合经验公式用于在线测量。     

用束流位置监测器精确测量储存环流强

 束流位置监测器（BPM）是粒子加速器束测系统中最为常见的元件,该探头输出信号中除包含束流位置信息外还包含电荷量等其它信息,可作为多参数束流诊断设备。采用BPM理论分析和数值仿真分析相结合的方法讨论了该种探头同时用于束流流强测量的可行性。在上海光源储存环上进行了束流试验,测定了全环140个BPM的流强标定系数,对BPM用于流强测量的分辨率、束流位置依赖性、频率依赖特性进行了测试,根据实验结果讨论了该方法在当前技术条件下所能达到的性能及其局限性。     

A new method to generate relativistic comb bunches with tunable subpicosecond spacing

We propose and analyze a scheme to produce comb bunches, i.e. a bunch consisting of micro-bunch trains, with tunable subpicosecond spacing. In the scheme, the electron beam is first deflected by a deflecting cavity which introduces a longitudinal-dependent linear transverse kick to the particles. After passing through a drift space, the transverse beam size is linearly coupled to the longitudinal position of the particle inside the beam, and a mask is placed there to tailor the beam, then the mask distribution is imprinted on the beam's longitudinal distribution. A quadrupole magnet and another deflecting cavity are used in the beam line to compensate the transverse angle due to the first deflecting cavity. Analysis shows that the number, length, and spacing of the trains can be controlled through the parameters of the deflecting cavity and the mask. Such electron bunch trains can be applied to an infrared free electron laser, a plasma-wakefield accelerator and a supper-radiance THz source.     

有横向分布为TEM10模的信号注入的环形腔激光器的双稳性

本文假设注入环形腔激光器的信号的横向场分布为TEM_(10)模.利用平均场近似方法得到了单横模共振时的定态方程,并进行了线性稳定性分析.结果表明,对优质腔来说,与Lugiato等讨论的注入信号为平面波光束及高斯光束(TEM_(00)模)的情况不同,注入光场横向分布具有TEM_(10)模的横式时,环形激光器的输出呈现双稳性.     

用束流位置监测器测量上海光源束流寿命

通过理论分析研究了电磁耦合型束流位置探测器（BPM）用于束流寿命测量的可行性,并在上海光源储存环上进行了束流实验,对其性能进行了评估。实验结果表明,与目前常用的直流流强变压器（DCCT）系统相比,BPM给出的束流寿命具有更高的带宽和分辨力,有利于进行不同时间尺度的束流寿命评估,而且可以通过多个平均的方式来进一步提高测量精度。     

基于BEPCⅡ的腔式束流位置探测系统设计优化与线下测试

研究了基于BEPCⅡ直线加速器的腔式束流位置探测系统(CBPM)的设计。本方案给出的CBPM探头工作频率为S波段,束流管道半径23 mm,参考腔TM010工作频率和位置腔TM110的工作频率一致。由线下测试结果可知,CBPM实物特征参数与仿真结果一致,CBPM水平和垂直方向工作频率分别为2502 MHz和2503 MHz;垂直和水平的四个端口交叉隔离度均优于-44.7 dB;测量线性区域好于10 mm。射频前端电子学负责对CBPM探头的模拟信号进行滤波、放大和下变频等调制。将CBPM探头置于标定平台,对经过CBPM信号进行时域和频域分析,通过计算得到CBPM水平、垂直方向线下分辨率分别为2.87μm、2.16μm。     

Application of proton radiography in experiments of relevance to inertial confinement fusion

Multi-Mev proton beams generated by target normal sheath acceleration (TNSA) during the interaction of an ultra intense laser beam (I≥10¹⁹ W/cm²) with a thin metallic foil (thickness of the order of a few tens of microns) are particularly suited as a particle probe for laser plasma experiments. The proton imaging technique employs a laser-driven proton beam in a point-projection imaging scheme as a diagnostic tool for the detection of electric fields in such experiments. The proton probing technique has been applied in experiments of relevance to inertial confinement fusion (ICF) such as laser heated gasbags and laser-hohlraum experiments. The data provides direct information on the onset of laser beam filamentation and on the plasma expansion in the hohlraum’s interior, and confirms the suitability and usefulness of this technique as an ICF diagnostic.     

高功率毫米波圆波导半径微扰模式变换器的优化设计

从半径渐变波导的耦合波方程出发,利用龙格-库塔法进行优化数值迭代,得到在3 mm波段,TE03-TE02, TE02-TE01高效率模式变换器的设计参数。通过优化程序,设计出了6周期TE03-TE02和3周期TE02-TE01模式变换器优化尺寸。利用CST微波工作室电磁仿真软件对结构尺寸进行优化仿真,仿真结果与优化程序计算结果基本一致。以此数据设计中心频率94 GHz的TE03-TE02,TE02-TE01模式变换器功率转换效率可以达到98.5%以上,90%功率转换的绝对带宽分别达到3.5和7.0 GHz以上,优于设计要求。     

Tunable high-energy ion source via oblique laser pulse incident on a double-layer target

The laser-driven acceleration of high quality proton beams from a double-layer target, comprised of a high-Z ion layer and a thin disk of hydrogen, is investigated with three-dimensional particle-in-cell simulations for an obliquely incident laser pulse. The proton beam energy reaches its maximum at a certain incidence angle, where it can be much greater than the energy at normal incidence. The proton beam propagates at some angle with respect to the target surface normal and with some tilt around the target surface, as determined by the proton energy and the incidence angle.     

Design and cold test of S-BAND cavity BPM for HLS

An S-band cavity BPM is designed for a new injector in National Synchrotron Radiation Laboratory. A re-entrant position cavity is tuned to the TM110 mode as position cavity. Cut-through waveguides are used as pickups to suppress the monopole signal. Theoretical resolution of this design is 31 nm. A prototype cavity BPM system is manufactured for off-line cold tests. The wire scanning method is used to calibrate the BPM and estimate the performance of the on-line BPM system. A cross-talk problem has been detected during the cold test. Racetrack cavity BPM design can be used to suppress the cross-talk. With the nonlinear effect being ignored, transform matrix can be used to correct cross-talk. Analysis of cold test results shows that the position resolution of prototype BPM is better than 3 μm.