高分辨率大视场DTI-CCD成像物镜的设计与实现

现代光学系统中,以CCD图像传感器为探测器的图像采集子系统主要由成像物镜和CCD器件组成。成像物镜的光学特性决定了整个系统的使用性能,成像物镜的分辨率应与CCD图像传感器的像素尺寸相适配。通过运用双远心系统,并使用OSLO软件进行结构设计,实现了对高分辨率大视场DTI-CCD成像物镜的成功设计。     

合肥光源基于同步光的测量与研究

介绍了合肥光源同步光测量系统,包括条纹相机系统、快速光电测量束团长度系统、束团横向截面测量系统和光位置测量系统.利用条纹相机系统和快速光电测量柬团长度系统进行了束团长度测量和束团伸长效应的研究.利用束流截面测量系统进行了六极铁对横向不稳定性抑制效果和横向反馈系统反馈效果的测量研究.光位置测量系统采用丝型光位置检测器和自行研制了对数处理?用于测量光源点的束流位置和角度.     

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。     

HLSⅡ干涉法测量储存环横向尺寸与发射度

为了满足合肥光源升级改造后测量小束流尺寸的需求,设计了干涉法测量束团尺寸与发射度系统。简要介绍了在可见光波段利用干涉法测量束团横向尺寸的原理,详细介绍了该系统的光路与软硬件系统和图像处理算法。为了消除CCD的本底噪声对测量的影响,建立了本底噪声图像与束流流强的查找表,最终得到了多束团模式下的在线实验结果。测量得到的水平尺寸为265μm,测量误差为5.78μm;垂直尺寸为114μm,测量误差为4.89μm。     

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。     

合肥光源基于同步光的测量与研究

介绍了合肥光源同步光测量系统, 包括条纹相机系统、快速光电测量束团长度系统、束团横向截面测量系统和光位置测量系统. 利用条纹相机系统和快速光电测量束团长度系统进行了束团长度测量和束团伸长效应的研究. 利用束流截面测量系统进行了六极铁对横向不稳定性抑制效果和横向反馈系统反馈效果的测量研究. 光位置测量系统采用丝型光位置检测器和自行研制了对数处理器, 用于测量光源点的束流位置和角度.     

HIAF-BRing束团合并过程中的束流负载效应模拟

强流重离子加速器HIAF-BRing在加速完成后进行束团合并，为研究BRing中的束流负载效应对束团合并的影响，对238U35+束流进行了粒子跟踪模拟。模拟结果显示，在束团合并过程中，束流负载效应引起束团长度和束团中心位置的振荡，导致束流动量分散和束团长度的增长。束团合并过程中尾场电压以及不同束团间尾场的耦合导致的势阱畸变，是引起束团长度和束团中心振荡及束流发射度增长的原因。为了降低束流负载效应的影响，采用多谐波前馈系统进行补偿，达到了补偿束团合并过程中的束流负载效应的目的，从而确保了BRing中引出束流的品质，同时根据模拟结果确定了前馈系统需要覆盖的频率范围和需要补偿的最大尾场电压。     

穿透毛玻璃的可见光成像系统

透过复杂介质获取目标物体图像精细信息的能力是光电图像采集处理的一大难点, 选用CMOS光电图像传感器, 设计了CMOS成像系统以及后端读取和处理电路, 透过毛玻璃对目标物体成像, 将采集的图像信息传送到计算机中进行处理。该系统按照相机光学成像系统原理制作, 采用通用CMOS图像传感器芯片完成电路设计, 加之红外激光辅助照明拍摄采集图像, 由远及近不同距离分别对同一目标物成像, 对成像图像进行迭代图像增强算法优化, 可以解决毛玻璃非匀质问题, 使光源重建精度大大提高, 得到的可见光图像轮廓清晰, 与一般CCD成像系统相比, 识别率超过95%, 远大于一般成像系统, 且成像性能良好。     

直线加速器中双向高斯密度分布电荷束团发射度增长的比率关系

采用直线加速器中的空间电荷束团的有限圆柱模型,并假设该有限圆柱体电荷密度分布在横向r和纵向z都满足高期分布,推导得到了该电荷束团的自场能与发射度增长公式;通过数值模拟计算,给出了束流发射度增长随束团参数和加速器系统参数变化的图表曲线,讨论了该双向高期密度分布电荷束团发射度增长的比率关系.     

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.     

切伦科夫辐射“双成像法”测量电子束发射度

利用切伦科夫辐射,OTR或荧光靶等光学诊断方法进行发射度测量,国内外绝大部分实验是用CCD相机观测电子束打靶产生的光斑,变化四极透镜的磁场梯度,应用“三梯度法”计算出发射度.文中提出了一种新的“双成像法”测量方法,使切伦科夫辐射光通过一长焦距的消色差薄透镜,分别在焦平面和像平面获取图像.通过图像处理,前者可分析出电子束散角分布,后者可分析出电子束径向分布,从而直接得到均方根发射度.该方法对束流相空间和电荷密度分布无需假设,无需借助“三梯度法”,较其他常规测量方法具有实验装置更简便、测量精度更高和适用性更广等优点.文中给出了该测量方法对北京大学DC?SC光阴极注入器的发射度测量进行计算机模拟实验的结果和分析.     

Instantaneous electron beam emittance measurement system based on the optical transition radiation principle

One kind of instantaneous electron beam emittance measurement system based on the optical transition radiation principle and double imaging optical method has been set up. It is mainly adopted in the test for the intense electron-beam produced by a linear induction accelerator. The system features two characteristics. The first one concerns the system synchronization signal triggered by the following edge of the main output waveform from a Blumlein switch. The synchronous precision of about 1 ns between the electron beam and the image capture time can be reached in this way so that the electron beam emittance at the desired time point can be obtained. The other advantage of the system is the ability to obtain the beam spot and beam divergence in one measurement so that the calculated result is the true beam emittance at that time, which can explain the electron beam condition. It provides to be a powerful beam diagnostic method for a 2.5 kA, 18.5 MeV, 90 ns (FWHM) electron beam pulse produced by Dragon I. The ability of the instantaneous measurement is about 3 ns and it can measure the beam emittance at any time point during one beam pulse. A series of beam emittances have been obtained for Dragon I. The typical beam spot is 9.0 mm (FWHM) in diameter and the corresponding beam divergence is about 10.5 mrad.     

A New Measurement of Electron Beam Emittance with Cerenkov Radiation “Double Imaging” Method

A new way in electron beam emittance measurement with Cerenkov radiation "double imaging" method is proposed in this paper. In the standard emittance measurements with optical diagnostics such as Cerenkov radiation, OTR (Optical Transition Radiation), fluorescence screen or BMP (beam profile monitor) etc., the emittance is indirectly calculated through quadrupole-scanning technique, with the prior ssumption that the beam phase space density distribution is ellipse, which will certainly induce systematic error when the beam profile is quite irregular or the space-charge effects can not be omitted. In proposed method, the Cerenkov radiation pass through a 1-meter focal-length thin convex lens, and a CCD camera is used to capture two images of Cerenkov radiation at the focal plane and at the image plane of the lens respectively. Then, with image processing technique, we acquire the angular divergence information of the electron beam from the image of the focal plane and the radial distribution information from the image of the image plane, which we call Cerenkov radiation "double imaging" method. Therefore, the emittance can be directly attained according to the definition of the RMS emittance. By this method, we can measure the actual phase space distributions without making any prior assumptions about the density distributions. Compared with other general measurements, this "double imaging" method has advantages of simpler equipment, higher precision and wider application. This paper also presents the computer simulation results of emittance measurement on the DC-SC (DC-Superconducting) photocathode injector of PKU-SCAF (Peking University Superconducting Accelerator Facility) being built at Peking University.     

光子计数成像技术及其应用

介绍光子计数实时图像采集实验系统，其中的高亮度增益的光子成像头通过超强光力中继透与高帧频电荷耦合器摄像机耦合；分析和介绍了单光子成像模式下系统工作的受限条件和多光子工作模式下系统的主要综合性能指标－读出噪声的测定方法。文中给出在自适应光学弱光波前传感中的应用，光子噪声分布规律以及光的波粒二象性实验验证等例子。     

Transfiguration of extracting mirror in synchrotron radiation system at SSRF

The first extracting mirror is very important for synchrotron radiation monitor (SRM). The SRM system of SSRF (Shanghai Synchrotron Radiation Facility) should extract the visible light with low optical distortion. The analysis of SR power spectrum and heat transfiguration based on Matlab is introduced in this paper, which will be used in calibration. One beryllium mirror with water-cooling is used to transmit X-ray and reflect visible light to satisfy the measurement request. The existing system suffers from a dynamic problem in some beam physics study. The system includes optics, image acquisition and interferometers. One of the instruments is a digital camera providing the image of the beam transverse profile. The hardware configuration will be summarized. The synchrotron radiation measurement system has been in operation in SSRF for more than one year.     

基于光学成像的束流截面分布诊断系统

为了准确测量加速器氘离子的束流截面分布,开展了光学成像系统的设计研究。根据截面分布测量的要求,设计了光学成像系统的指标参数。采用光学设计软件ZEMAX进行了光学成像系统的设计,并通过标准白光光源和线对率板对成像效果进行检验。设计和检验的结果表明,该光学成像系统的总体成像质量较好,畸变小于0.05%,在光学分辨率为30lp/mm的条件下,中心和边缘视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.7。将完成设计加工的光学成像系统应用于氘离子束流截面分布测量实验,实验结果初步表明,基于荧光屏的光学方法测量束流截面分布是可行的。     

神龙二号多脉冲电子束束参数的时间分辨测量技术

神龙二号是一台三脉冲强流脉冲电子束直线感应加速器,就其多脉冲的电子束束参数的测量而言,基本要求是单个脉冲可分辨,进一步的要求是脉冲内时间可分辨。基于光学渡越辐射原理及瞬态发射度测量系统原理,发展了一种束斑与发散角可以分开测量的光学布局结构,结合多台高速分幅相机,成功研制了一套完整的多脉冲电子束束参数的测量系统,其特点是灵活的组合测量方式,全面满足了神龙二号复杂艰难的调试及参数测量工作要求。测量系统最高时间分辨测量能力达到约2 ns的水平,单个脉冲可以获得至少8个时间分辨的束参数测量结果。     

OTR时间分辨测量系统的嵌入式远程控制方法

 基于光学渡越辐射原理的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、分辨率高的特点，可以测量电子束的束剖面、发射角、能量等参数。利用嵌入式方法，通过计算机控制系统对时间分辨测量系统实现实时的远程控制，实现了直线感应加速器中时间分辨测量。计算机控制系统接收光电视频信号，进行实时图像传输，得到动态图像，有效解决了在直线感应加速器中强流干扰的光学渡越辐射测量的困难。并给出了嵌入式远程控制的方法。