合肥光源新的束团截面及发射度测量系统的研制

介绍了合肥光源储存环紫外光束团截面及束流发射度测量系统. 本系统采用光学探测, 由光学成像和图像采集处理两大部分组成. 光学成像部分利用光学成像将中心波长366.1nm紫外光1:1成像于CCD探测器上. 图像采集处理部分将CCD探测器采集的视频信号由电缆输出到图像采集卡进行图像采集, 然后由LabVIEW程序进行数据处理获得束团截面尺寸以及束流发射度和耦合度, 最后给出了实验结果.     

高能光源增强器束流横向尺寸测量系统设计

高能同步辐射光源的增强器将直线加速器注入的束流加速到储存环所需的能量,为储存环提供高品质的电子束。为了对增强器的束流横向截面尺寸、发射度及能散进行测量,设计了两条可见光-紫外波段的束测光束线。两条光束线分别选取无色散和色散较大的两处弯铁位置作为光源点,使用两套同步光成像系统来监测光源点的束流截面尺寸,并计算束流发射度及能散。介绍了同步光引出真空室及光学成像系统,对影响成像质量的空间分辨率进行了分析,并针对升能过程中不同能量下束流光斑变化的测量进行了设计。     

合肥光源上采用干涉方法测量束流截面

 束流截面尺寸测量对优化系统参数、确保光源运行至关重要。采用干涉法测量合肥同步辐射光源束流截面垂直方向的尺寸。基于Cittert-Zernike 定理,利用双缝干涉条纹的对比度得出相干度和束流截面尺寸。测量系统由干涉成像与图像处理系统组成。进行了5组试验,试验结果证明了干涉法测量合肥同步辐射束流截面尺寸的可行性。     

低能氘-氘、氘-氚反应截面测量

采用无窗气体靶技术测量了15—150keV的氘-氘以及13.8—114.3keV的氘-氚反应截面, 误差≤±5.1%. 实验是分别在50kV、150kV、300kV三台倍加器上进行的. 测量分绝对微分截面与相对微分截面测量两步进行. 在完成测量数据的实验过程中, 相应地发展了氚操作技术与加速氚、束流热测法(量热器)以及对气体的压力、温度、纯度绝对值测量等方面的技术.     

KB镜束流截面测量系统研制

为了对衍射极限储存环的束流横向截面尺寸及发射度进行测量,设计了一套Kirkpatrick-Baez(KB)反射镜聚焦成像系统,并在上海光源(SSRF)储存环进行预制研究。该系统主体由两面垂直放置的KB反射镜组成,分别在水平及垂直方向对弯转磁铁光源点进行成像,系统工作在硬X射线波段,聚焦光斑被闪烁体X射线相机采集。对影响系统成像质量的像差和点扩散函数进行了计算。目前,实现了对束流的实时成像,可精确测量束流横向截面尺寸为75.9 μm(水平方向)和20.2 μm(垂直方向),系统稳定性(RMS)小于0.1 μm。     

Al2O3:Cr荧光屏Fen+束流面分布诊断

为满足加速器束流诊断的特殊要求，对束流面分布诊断方法进行了研究，建立了一套基于荧光屏的离子束流面分布测量装置。采用Fen+(n=5~12)离子束流对测量装置进行了实验检验，结果表明，在几十至上百nA量级束流强度Fen+离子束的轰击下，面分布图像产生了饱和现象。进一步的实验结果表明，饱和现象是由荧光屏发光的光强过强造成的，采用特别研制的具有光强衰减和滤波功能的成像光路可以解决光强饱和的问题。在低束流条件下，面分布图像的灰度值与束流强度呈近似的线性关系，对这种线性关系产生的原因进行了具体的分析。     

北京自由电子激光器电子束截面监测系统

报告了北京自由电子激光器(BFEL)从30MeV直线加速器出口到摇摆磁铁出口束流输运段的束流截面监测系统。该系统由四台遥控气动可伸缩荧光屏探头、光学放大系统、闭路电视摄象系统及视频图象处理系统组成。利用该系统进行模拟实验,其系统空间分辨率约100μm,达到BFEL总体要求。利用该系统可以测量摇摆磁铁入口处及内部电子束和准直激光的截面、位置和畸变,进行束流准直、聚焦和发射度测量。     

强脉冲离子束横截面分布的测量

强脉冲离子束在靶上的横截面能量密度分布和束流焦点位置是束流分析和辐照效应研究中重要的技术参数.利用红外成像诊断技术,可以以较高的空间分辨率和能量密度分辨率对束流的横截面分布进行测量,并可以实现对束流焦点的测量和束流传输特性的分析.通过该实验,可以使学生掌握强脉冲加速器诊断的基本技能,加深对加速器原理及脉冲束流分布和传输特性的认识.     

稳态离子束流强和密度分布的测量

在稳态磁镜聚变实验装置离子注入器的调试中,需要通过对束流传输线上几处的束流流强和密度分布的测量来了解束的截面、轨道和传输效率,以便调整离子源及磁四极透镜的参数,使束流聚焦在磁捕集器中心的靶上。这要求测量系统能直观、迅速地给出结果并具有一定的准确度。     

北京正负电子对撞机二期工程激光扫描系统

为探索激光在束流截面测量上的应用,在北京正负电子对撞机二期工程(BEPCⅡ)的负电子传输线上建立了激光扫描系统。研究了激光扫描测量束流截面的相关计算方法。对激光和电子束相互作用、光子在介质中的切伦科夫辐射等过程进行了GEANT4模拟。对脉冲激光器进行了调试,测量了激光的脉宽、尺寸、功率等各项参数。设计并搭建了激光扫描系统的光路,编写了激光系统的机械扫描部件的控制软件。搭建了用于探测康普顿光子的契伦科夫探测器系统。激光的扫描、控制、以及激光参数的在线监测等系统工作正常,能满足激光扫描实验需要。     

紧凑型全光纤内弹道弹速测量系统

 基于光电通讯领域中不断涌现出的高性能与带宽的光电仪器与器件,利用激光光束遮断原理,针对一级气体炮、二级轻气炮及火药炮等动高压加载手段,开展了内弹道弹速精密测量技术的实验研究,并研制一套紧凑型全光纤激光精密测量实验系统（简称：AFOBB-All fiber optical beam breakout）。通过百余发实验的工程应用,以及对实验数据的统计处理与分析表明,AFOBB系统完全满足精密物理实验的测试精度及可靠性要求,其速度测量的相对扩展不确定度小于0.8%,精确测量能力涵盖了几十m/s~7.0 km/s的弹速范围。     

串列加速器电离性束流截面探测器设计

基于GIC4117串列加速器束流引出线束流测量需求,开展了电离型束流截面探测器设计工作,主要包括系统收集信号强度的计算,采用有限元软件进行电场系统、磁场系统优化设计,给出了电场系统与磁场系统设计参数。通过引入辅助磁场,测量系统能够实现束流轨道的自动校正,系统对束流的影响可以忽略。对影响测量精度的电离电子横向位置偏移进行了分析,并对电离电子进行轨迹跟踪。跟踪结果表明:电离电子在横向位置的运动偏移可以控制在0.3 mm以内,与理论分析一致。     

Design of optical system for flattop beam shaper based on the measurement of laser induced damage threshold of thin films

To solve the problem of large error when measure the laser induced damage threshold of thin films in the case of Gaussian distribution beam induced damage thin films, optical system of flattop beam shaper which is capable of redistributing a beam with a Gaussian profile to a flattop profile was designed with optical design software ZEMAX. The Fermi-Dirac beam model was chosen as the distribution function of the flattop beam in this paper, the mapping formula of the input Gaussian beam and the output flattop beam was establish, the surface coefficient of aspheric was given. The energy conversion efficiency was 95.33% and the flattened degree was 93.66% in this design. The accuracy of measurement has been improved when measure the laser induced damage threshold of thin films by the flattop beam.     

同步辐射束流尺寸测量干涉仪的设计与仿真

基于同步光的干涉法,是一种非拦截高精度的束流截面测量手段。相比传统成像法,干涉法可以测量更小的束团尺寸、分辨率更好,较短测量波长下有望获得亚μm级的分辨率,因此在同步辐射光源中得到广泛应用。对合肥光源HLS II的原有同步光干涉装置,提出了将原有的干涉光路中第一面聚焦透镜换成RC结构聚焦反射镜,第二面单透镜换成双胶合透镜,以达到在不改变光路光轴情况下减小色散和几何像差,从而提高光路成像质量的目的。采用几何光路设计方法对成像质量进行评价,并进行物理光学仿真计算,得到测量系统的干涉条纹。仿真结果表明:光学系统成像的艾里斑半径减小约35%,点列图的均方根半径减小了约99%,波前差也减小了约75%,调制传递函数（MTF）的截止频率提高了约65%,采用聚焦反射镜代替原有的聚焦透镜可大幅提升光路成像质量。     

成像与激光发射系统的共口径设计与实验

将成像光学系统同时用作激光发射天线的共口径设计可有效减轻卫星载荷质量和应对各种突发状况。首先根据激光通信的能量计算链路,分析了激光发射天线的设计要求,明确了激光发射天线与成像光学系统的不同;然后根据特定的成像光学系统给出了3种具有普适性的共口径设计方法,并对这3种方法的性能进行了分析和比较,给出了它们的优缺点和适用范围;最后对所设计的共口径系统进行了发射光束仿真,经过对设计系统加工、装调后进行了室内的成像、通信实验,结果显示发射激光的最小束散角可达18.2 μrad,接近系统衍射极限,出射光斑质量良好,接收到的图像与成像系统所成图像肉眼观测无失配。初步证实该共口径设计可实现光学系统的成像和通信任务要求。     

Advanced Heterodyne Interferometer with Common Path for Roughness Measurement

ＡｄｖａｎｃｅｄＨｅｔｅｒｏｄｙｎｅＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｗｉｔｈＣｏｍｍｏｎＰａｔｈｆｏｒＲｏｕｇｈｎｅｓｓＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ￥ＬＩＸｉａｎｇ；ＷＡＮＧＪｉａ；ＺＨＡＯＹａｎｇ；ＬＩＤａｃｈｅｎｇ；ＣＡＯＭａｎｇ（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆ...     

采用APD阵列的共口径激光成像光学系统设计

针对机载平台激光3D成像系统的轻小型需求,设计了采用APD阵列的共口径激光收发光学系统。在分析激光成像系统照明方式及其光学系统结构的基础上,给出了激光3D成像光学系统结构框图:激光经衍射元件实现分束照明,采用双工反射镜实现收发光路的耦合。该光学系统用于2 km以内的目标三维成像,根据激光测距方程,确定了接收光学系统的参数以获得满足信噪比的回波能量。为避免造成像素之间串扰,设计了5倍扩束比的发射光学系统。最后,采用偏振片与1/4波片相结合的方式消除杂光,降低了发射光路对接收光路的影响。设计结果表明:接收光学系统弥散斑直径小于120μm,畸变小于0.2%。该光学系统体积小、重量轻,成像质量良好,可为同类激光成像光学系统提供借鉴参考。     

Novel Ghost Imaging Method for a Pure Phase Object

We propose a novel ghost imaging scheme which is especially served to a pure phase object. A spatially incoherent beam is mixed with a coherent beam of the same frequency field by a beamsplitter. Then we perform the ghost imaging scheme using the mixed beam. Our theoretical result shows that this approach is capable of reconstructing a pure phase object in joint-intensity measurement. The visibility of the images is also analysed for two pure phase objects, an optical wedge and a phase grating.     

用于微位移测量的笔束激光干涉仪

介绍了一种基于空间干涉原理的亚微米零差干涉位移测量方法。该方法是对笔束激光干涉仪在微位移测量领域的应用 ,干涉仪的测量精度不受光束波前畸变等光源噪声的影响。给出了干涉仪主要结构参数的选取原则 ;构建了用于微位移测量的笔束激光干涉仪实验系统。实验结果表明 ,该系统具有纳米测量分辨率。