大型激光装置精密同步系统总体技术研究

提出了一种用于大型激光装置的精密同步系统总体架构技术。该技术采用时钟及数据恢复、光级联技术成功地实现了多数量、多种类同步触发信号的有序组合,保证了同步触发信号的精度,获得的ps级精密同步触发信号的时间间隔抖动为:峰峰抖动小于100ps,均方根值小于10ps。     

上海同步光源定时系统物理设计

正在建造中的上海光源(SSRF)设计为一台能量为3.5GeV的第三代同步辐射光源,其定时系统的物理设计使其能够满足储存环的不同运行模式,如单束团模式、多束团模式、混合模式及Top-up运行模式,定时系统具有高的稳定性和低的时间晃动.基于EPICS控制系统的定时系统可提供精确的可编程序事件驱动信号序列,根据不同需求提供电子枪、调制器、增强器和储存环高频,注入引出及束测等设备的触发信号.     

上海同步光源定时系统物理设计

正在建造中的上海光源(SSRF)设计为一台能量为3.5GeV的第三代同步辐射光源, 其定时系统的物理设计使其能够满足储存环的不同运行模式, 如单束团模式、多束团模式、混合模式及Top-up运行模式, 定时系统具有高的稳定性和低的时间晃动. 基于EPICS控制系统的定时系统可提供精确的可编程序事件驱动信号序列, 根据不同需求提供电子枪、调制器、增强器和储存环高频, 注入引出及束测等设备的触发信号.     

多路激光装置同步技术研究

 多路激光装置同步系统包括精密同步机和数字同步机两种单元技术,它们具有四路延时脉冲（A、B、C、D）和一路标准时钟脉冲（T₀）输出,精密同步机延时同步精度为10ps, 最大触发晃动小于10ps,延时范围200ns;数字同步机：延时同步精度为5ps, 最大触发晃动小于200ps,延时范围10ms。     

DPF-300脉冲X射线源同步触发系统研制

 DPF-300脉冲X射线源的同步触发系统采用三级触发：第一级由初级脉冲产生器触发氢闸流管；第二级由氢闸流管输出脉冲触发多路触发开关；第三级由多路触发开关和触发箱组成，触发主放电场畸变开关。该触发系统中多路触发开关产生负极性脉冲信号，通过耦合电容，到达开关的触发脉冲上升沿，约为40 ns，脉冲半高宽约60 ns，上升陡度大于0.67 kV/ns。能够同时触发40个同轴型场畸变开关，电压工作范围20～40 kV，不同发次触发箱输出的触发脉冲信号时间分散性小于4 ns，同一发次不同开关的放电时间分散性小于20 ns。在工作电压20 kV，主放电开关充0.115 MPa氮气时，整机负载电流达到约1 MA。     

X射线脉冲星导航系统导航精度的研究

为提高X射线脉冲星导航系统的导航精度,提出了一种基于低通滤波器的恒比定时方法,以提高X射线脉冲星导航系统中X射线脉冲到达时间的测量精度.通过设计测量方案,对原有的峰值定时方法和改进后的恒比定时系统的定时精度和死时间进行测量.测量结果表明,峰值定时系统的定时精度和死时间分别为18和4750 ns,恒比定时系统的定时精度和死时间分别为0.78和105 ns,与原有的峰值定时系统相比,采用恒比定时系统的定时精度和死时间均得到明显的提高.在X射线脉冲星导航系统中,通过利用这两种不同定时系统来测量X射线光子的到达时间以构造累积脉冲轮廓.实验结果表明,与峰值定时系统相比,采用改进的恒比定时系统获得的累积脉冲轮廓的信噪比得到明显改善,因此,采用恒比定时系统的导航精度可得到提高.     

线阵图像采集系统外触发延时时间的确定

针对高速线阵相机实际应用中的可靠触发问题,提出了一种高速线阵图像采集系统外触发延时时间的测试方法,提供有效触发设置参数,可靠捕获动态目标.采用双区截光幕准确获得飞行目标速度,其中第二个光幕同时提供图像采集外触发信号,依据区截装置参数及目标速度计算出采集系统接收到触发信号时刻;对序列线阵图像分析,以获得实际图像开始采集时刻,进而得到线阵图像采集系统外触发延时时间.对行频64 000的具体型号采集系统外触发延时时间进行了实际测试,测试结果与分析表明,该系统图像采集存在延时,平均延时时间为152μs,方差为3.3μs,延时测试精度小于1个行周期.分析了引入延时测试误差的因素及作用原理,通过10 000lps和50 000lps两种行频的线阵相机延时测试系统误差分析实例,给出了测试系统参数的一般确定方法.     

强流质子加速器PXIe控制器的子控制系统

针对一台用于加速器驱动次临界系统(ADS)的强流质子加速器,即ADS注入器Ⅱ,开展其定时系统和快保护系统的研究工作,设计了一款可在这两个系统中应用的PXIe控制器。该控制器基于现场可编程门阵列设计,可实现光纤通信、PXIe总线通信、延时触发信号输出等功能。其中,光纤通信功能用于实现各PXIe控制器之间的数据传输;PXIe总线通信功能主要是为了实现控制器与工控机之间的数据交互;延时触发信号输出功能可以给出精确的低电压晶体管-晶体管逻辑电平标准的时序触发信号,从而保证加速器的各子系统和设备能够按照一定的时序协调一致地工作。     

激光打靶装置中的集散式数字同步系统的研究

介绍了一种集散式数字同步系统,它能够实现对数字同步机的本地控制、远地控制和集中控制.它由多个本地控制单元和一个远地控制单元组成,通过RS-422总线实现相互之间的通信.其中数字同步机是将模拟延时电路和数字延时电路有机的结合在一起用于输出时间基准信号和触发同步信号的实验装置.     

晶闸管串联开关及同步触发系统研制

为满足脉冲功率源对高电压、大电流开关的需求,利用传统晶闸管均压技术,将多个晶闸管串联,研制出额定电压10kV,额定电流500A的晶闸管串联开关。根据晶闸管的触发原理,设计出同步触发多个晶闸管的触发系统。该触发系统采用绝缘栅双极型晶体管开关对直流电压阻断产生脉宽可调的低压脉冲,经多个隔离脉冲变压器升压,产生多路同步触发信号。对晶闸管触发系统及晶闸管串联开关进行了测试,测试结果表明:晶闸管触发系统可输出20V,1A的多路同步触发信号,触发信号的脉宽30~60μs可调,重复频率100Hz;晶闸管串联开关每路静态均压和动态均压波动小,在高电压条件下能稳定工作。     

Cosmic ray test for a T0 detector

The endcap of time-of-flight (ETOF) detector in BES (Beijing Spectrometer) III is planned to be upgraded by using multi-gap resistive plate chambers (MRPCs) and the designed time resolution of the MRPCs is around 50 ps. Thus a time-zero (T0) detector needs to be built to offer a high quality reference time for the MRPCs beam test. So a T0 detector is built using plastic scintillator tiles (BC420) to couple with four fast phototubes (PMTs, Hamamatsu H6533). The timing properties of the detector is studied by using a cosmic ray test and factors related to the time resolution, such as plastic scintillator size, readout mode and angle effects, are discussed. T0 detector timing resolutions of ～41-62 ps are achieved, which means that the T0 detector can be used in the MRPC beam test.     

基于DRS4测试板的数字波形分析方法（英文）

使用不同的方法来确定La Br3晶体信号的到达时间。在文中信号经过光电倍增管的放大之后由DSR4测试板进行数字采集,其中DRS4是由瑞士PSI研究所生产的高带宽、低功耗以及快读出时间的开关电容阵列。这些优势使得DRS4很具有吸引力,很多实验将传统的ADC与TDC替换为DRS4。采集的波形可以通过不同的方法进行后续处理。其中包括:(1)恒分甄别、(2)波形拟合、(3)PMT脉冲模型法以及(4)均值过滤法。文中实现的恒分甄别的时间分辨与使用模拟电路获取的平均时间分辨相比没有提高。高斯波形拟合法虽然与数字CFD的结果相当,但是却更加耗时。均值滤波法虽然容易实现,但是通过这个方法得到的时间分辨与采样时间在一个量级。而PMT脉冲模型法得到的平均时间分辨为195.4 ps,优于模拟信号的恒分甄别的时间分辨254.7 ps。     

上海光源XAFS线站时间分辨X射线激发发光谱实验系统

介绍了上海光源XAFS线站（BL14W1）的时间分辨X射线激发发光光谱（TRXEOL）实验系统。该系统基于时间相关单光子计数法的原理设计,以同步辐射光源的脉冲特性及其良好的时间结构为基础,通过集成定时系统、光谱仪系统和核电子学系统,在国内同步辐射装置上首次实现了TRXEOL实验方法。定时系统提供同步触发电脉冲,用来标志X射线脉冲打到样品上的时刻,同步精度约6 ps,延时分辨率5 ps;光谱仪经光电探测器把样品发光信号转换成电脉冲,核电子学系统对定时电脉冲和发光电脉冲之间的时间差进行统计分析,可得到样品的发光衰减曲线,再结合光谱仪的扫描控制和数据获取系统,可得到样品的TRXEOL光谱。利用该实验系统可以测量发光样品的普通XEOL光谱、发光衰减曲线和TRXEOL光谱。用ZnO纳米线样品,进行了实验验证。实验得到的普通XEOL光谱能够明显区分该样品在390和500 nm处的两个发光中心;得到的发光衰减曲线能够区分小于2 ns的快发光过程和200 ns的慢发光过程;分别在0～1, 2～200和0～200 ns时间窗口内测量得到了ZnO纳米线样品的TRXEOL光谱,在这3个发光时间带内得到了对应的发光信息;ZnO纳米线样品发光衰减曲线快发光峰的半高宽约为0.5 ns,证明了TRXEOL系统的最小时间分辨率小于1 ns。该系统在国内同步辐射装置上提供了用于研究发光材料的TRXEOL实验方法,该方法与发光模式的XAFS方法相结合,可更深入的研究发光材料的发光行为。整个实验平台操作简便、工作稳定可靠,不仅为发光材料的研究提供了研究手段,还为进一步开展发光模式XAFS和TRXEOL成像等实验方法提供技术前提。     

一种新型可见光条纹相机标定系统

本文提出了一个以亚皮秒脉冲光源——半导体激光二极管为核心而研究的一台扫描相机标定系统,该系统能对相机的时间分辨率、扫描速度、扫描线性、触发晃动以及相机的最小探测能量等参数进行标定。     

Setup of a photomultiplier tube test bench for LHAASO-KM2A

To fulfill the requirements for testing the photomultiplier tubes(PMTs) of the electromagnetic detector at the Large High Altitude Air Shower Observatory(LHAASO),a multi-functional PMT test bench with a two-dimensional scanning system has been developed.With this 2D scanning system,16 PMTs can be scanned simultaneously for characteristics tests,including uniformity,cathode transit time difference,single photo-electron spectrum,gain vs.high voltage,linear behavior and dark noise.The programmable hardware and intelligent software of the test bench make it convenient to use and provide reliable results.The test methods are described in detail and primary results are presented.     

Waveform timing performance of a 5 GS/s fast pulse sampling module with DRS4

We first clarify timing issues of non-uniform sampling intervals regarding a 5 GS/s fast pulse sampling module with DRS4. A calibration strategy is proposed, and as a result, the waveform timing performance is improved to below 10 ps RMS. We then further evaluate waveform-timing performance of the module by comparing with a10 GS/s oscilloscope in a setup with plastic scintillators and fast PMTs. Different waveform timing algorithms are employed for analysis, and the module shows comparable timing performance with that of the oscilloscope.     

High-efficiency photon-counting fluorometer with a channel width of 5.0 ps

We construct a photon-counting, fluorescence lifetime measurement system with a channel width of 5.0 ps. This is a modified version of our previous fluorometer based on a simultaneous detection method of photoelectron pulse trains after pulsed excitation (Iwata in Meas Sci Technol 28:075501, 2017), which can accept multiple photons during a one period of the excitation for building a histogram. Although the resolution time is 2.0 ns as before, the channel width of 5.0 ps is of the same order as that of time-correlated single-photon counting, which is achieved by delaying the trigger timing for the fluorometer by a step to that of the excitation. This results in an increase in the precision for the lifetime estimation. Although the measurement time increases with increasing the number of delay steps, it is still rather shortened owing to the high signal-gathering and histogram-building efficiencies.     

Prototype of time digitizing system for BESⅢ endcap TOF upgrade

The prototype of a time digitizing system for the BESⅢ endcap TOF (ETOF) upgrade is introduced in this paper. The ETOF readout electronics has a distributed architecture. Hit signals from the multi-gap resistive plate chamber (MRPC) are signaled as LVDS by front-end electronics (FEE) and are then sent to the back-end time digitizing system via long shield differential twisted pair cables. The ETOF digitizing system consists of two VME crates, each of which contains modules for time digitization, clock, trigger, fast control, etc. The time digitizing module (TDIG) of this prototype can support up to 72 electrical channels for hit information measurement. The fast control (FCTL) module can operate in barrel or endcap mode. The barrel FCTL fans out fast control signals from the trigger system to the endcap FCTLs, merges data from the endcaps and then transfers to the trigger system. Without modifying the barrel TOF (BTOF) structure, this time digitizing architecture benefits from improved ETOF performance without degrading the BTOF performance. Lab experiments show that the time resolution of this digitizing system can be lower than 20 ps, and the data throughput to the DAQ can be about 92 Mbps. Beam experiments show that the total time resolution can be lower than 45 ps.