BEPCII直线加速器数字延时触发器的设计与实现

针对北京正负电子对撞机II期(BEPC II)直线加速器升级改造过程中束流位置探测器(BPM)电子学对外部触发信号的需求,设计了一台高精度延时控制、上升时间短和参数灵活调节的数字延时触发器。采用FPGA(现场可编程门阵列)作为主控制器展开设计,重点介绍了基于FPGA的边沿检测模块和多通道延时处理模块的设计与仿真,描述了FPGA和驱动电路的设计方案以及在直线加速器上的应用。经测试,延时可调范围4 ns^4μs,最小步进4 ns,步进误差0.125%;上升时间2 ns,延时抖动135.4 ps。     

高压氮气亚纳秒开关放电特性实验研究

 利用幅值约220 kV、脉宽约4 ns的高压纳秒脉冲源，对高压氮气亚纳秒气体开关放电特性进行了实验研究。实验结果表明：当气压在3~10 MPa间变化，间隔距离在0.6~1.2 mm间变化时，氮气间隙击穿电压随气压和间隙距离的增大而增大，并随气压的增大略呈饱和趋势,最高击穿电场约为2 MV/cm。开关输出电压波形的上升时间变化范围为145~190 ps，该上升时间随气压、击穿电场以及间隙距离增大而减小。     

放电参数对毛细管放电泵浦的软X射线激光的影响

 以哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家重点实验室中的Marx发生器的放电脉冲波形为基础，理论上模拟计算了在不同放电参数下充氩气的毛细管放电产生的等离子体状态和类氖氩离子3p_3s跃迁线的增益系数的时空演变过程。中心模型中，选取内径为3.1 mm 的陶瓷毛细管并充入初始密度为1.07×10^-6g·cm^-3的氩气，电流脉冲峰值为27.81 kA，脉冲宽度为61.4 ns。改变放电参数进行模拟，结果表明：上升前沿越陡，则增益系数越大，电流脉冲上升时间在20~40 ns，电流峰值在25~40 kA，电流脉冲宽度在50~70 ns范围内，毛细管放电产生的等离子体状态比较理想，可获得较高的增益系数。     

聚龙一号装置波形调节北大核心CSCD

在聚龙一号装置(PTS装置)上开展了系列波形调节实验,成功在负载上输出脉冲上升时间达到600ns、峰值电流大于5.0 MA的电流。聚龙一号装置在同步放电情况(短脉冲模式)下,负载电流的上升时间约90ns,峰值电流约10.0 MA。波形调节通过装置24台激光触发气体开关分时放电、脉冲输出开关短接等技术调整,实现负载上长上升时间的脉冲电流输出。波形调节根据需要实现的电流波形形状,通过全电路模拟计算,调整激光触发气体开关的触发时序和脉冲输出开关状态,在相应负载上输出接近需求的实验波形。聚龙一号装置波形调节实验研究表明,输出电流脉冲的前沿的最大值取决于24台激光触发气体开关最早触发时刻和最晚触发时刻的时间差,该时间差受制于激光触发气体开关的正常触发。激光触发气体开关能否被正常触发,除了取决于进入开关触发间隙的触发激光能量外,还取决于开关充气压力和加载于开关两端的电位差,该电位差与相关两路的渡越时间相关。通过波形调节研究,聚龙一号装置具备在不同实验负载上输出不同上升时间、不同波形形状的脉冲电流的能力。     

电磁脉冲模拟器前后过渡段锥角设计

 采用矩量法并结合快速多极子方法，对电磁脉冲模拟器内部场波形进行了数值计算，寻找过渡段结构与电磁脉冲波形等的关系，从理论上对模拟器前后过渡段的锥角进行了优化。结果表明：存在前后过渡段的结构都会激起场强沿传播方向的分量；前过渡段主要对工作区域场波形的上升沿产生影响，当前锥角减小时，场波形的上升时间先减小再缓慢增加；后过渡段主要对场波形的衰减部分产生影响，使场波形的衰减部分随着后锥角的增大而产生严重畸变。最终优化设计的电磁脉冲模拟器前过渡段的锥角为15°，后过渡段的锥角为20°，其仿真得到的波形较光滑，没有出现振荡及明显的畸变。     

电阻分压器-3 dB频率与上升时间的关系

 研究了无电感补偿和有电感补偿的一级和两级电阻分压器的幅频特性-3 dB频率与阶跃响应10%~90%上升时间的关系。无电感补偿一级分压器的-3 dB频率与阶跃响应上升时间之积为常数0.350；对无电感补偿两级分压器，该乘积在0.349附近很小范围内变动；对电感补偿一级分压器，该乘积由过冲决定，当过冲在0~10%范围内变化时，该乘积在0.35~0.29之间线性变化；对电感补偿两级分压器，该乘积随过冲和分压器参数变化，在不大于10%的确定过冲下，变化范围约为±10%；当两级分压器第一级的时间常数远大于第二级的时间常数时，可能难以在第二级进行有效的电感补偿。     

单模光纤开关特性的研究

首次对单模光纤的开关特性进行了分析和计算,得出了色散光纤中不仅存在开关信号的延迟,而且开关速度将受到限制,给出了计算光纤开关时间(上升时间或下降时间)的公式。公式表明,光纤的开关时间与色散绝对值的平方根成正比,与长度的平方根成正比。工作在1.55μm波长的长1km的G652光纤,其开关时间约为7ps,这一参量最终限制了由光纤构成的二光平开关器件的开关速度。     

超高速光纤耦合声光调制器的设计及其应用

为实现小于10 ns光脉冲上升时间的超高速声光调制,该文提出一种光纤耦合声光调制器光脉冲时域响应的理论设计仿真方法。利用该方法对1064 nm和1550 nm工作波长光纤耦合声光调制器进行了仿真,结果预测器件的光脉冲上升时间分别为9.4 ns和9.1 ns;通过器件制作和测试验证,两个波长的器件实测光脉冲上升时间分别为9.74 ns和9.22 ns,实测与理论仿真结果偏差较小。文章最后对器件在超快光纤激光器种子源光脉冲选单、光纤水听阵列时分复用及潜在的宽带移频应用进行了介绍。     

硅探测器的数字化脉冲形状甄别

介绍了利用硅探测器的脉冲形状甄别进行粒子鉴别的原理。详细叙述了基于数字化方法的脉冲形状甄别的实现。采样频率和位数是数字化方法的两个重要参数。对于硅探测器信号,采用100 MS/s,12 bit的Digitizer可以满足脉冲形状甄别法对时间分辨的要求。同时对该方法粒子鉴别的特征和能量阈值做了简要的分析和对比。粒子背面入射硅探测器的所得的阈值低于正面入射的情况。例如对于氖周围的同位素,背面入射情况的阈值约为100 MeV,为正面入射情况下鉴别阈值的二分之一,相当与ΔE-E方法中ΔE探测器厚度约为60 μm情况下的阈值。最后定性讨论了硅探测器的电阻率不均匀性和沟道效应对粒子鉴别性能的影响。In this paper Pulse Shape Discrimination(PSD) for silicon detector has been briefly introduced. The emerging digital method successfully applied to detector signal processing makes digital PSD method one of the most promising particle identification methods. Sampling frequency and the number of bits are two key parameters of digital method. For silicon detector signal, adopting 100 Ms/s, 12 bit Digitizer can satisfy the time resolution requirement of PSD method. The identification characteristic and energy threshold of this method have been discussed and compared with both front injection and rear injection cases. Energy threshold with rear injection usually is much lower than that with front injection. For example, around for Neon isotope energy threshold with rear injection is about 100 MeV which is only half of the threshold with front injection, also equivalent to thickness of about 60 μm silicon detector threshold in ΔE-E method. At the end the impact of silicon detector's resistivity nonuniformity and channel effect on the identification capacity of PSD method has been discussed in detail.     

半绝缘GaAs光电导开关非线性电脉冲超快上升特性研究

利用流体模型对光生载流子的输运进行了模拟研究,结果表明载流子在输运过程中形成的光激发电荷畴是产生电脉冲超快上升特性的主要原因.对光激发电荷畴的形成和吸收过程的进一步研究表明：1)形成过程中的光激发电荷畴增强了电子的浓度梯度;2)光激发电荷畴在被阳极吸收的过程中,光电导开关偏置电压的快速下降能促进电流上升速度.光激发电荷畴的形成和吸收两大过程共同作用下,形成了电脉冲的超快上升特性. 关键词： 光电导开关 非线性模式 光激发电荷畴 上升时间