TM020模式谐振腔束团长度监测器的设计与仿真（英）

提出了一种基于高次模式的谐振腔束团长度测量技术,新方法的谐振腔工作于高次本征模式TM0n0。这样的谐振腔拥有更大的腔体半径,从而移除了谐振腔半径必须大于束流管道半径这一原则带来的工作频率限制。为国家同步辐射实验室未来的正电子源设计了一台双腔束团长度监测器,讨论了谐振腔工作频率的选择并推导了束团长度的计算公式,监测器的谐振腔工作于TM020模式,其半径远大于使用TM010模式的传统方法,在CST软件中模拟的结果显示其束团长度测量精度好于7%。     

TM020模式谐振腔束团长度监测器的设计与仿真（英）

提出了一种基于高次模式的谐振腔束团长度测量技术,新方法的谐振腔工作于高次本征模式TM0n0。这样的谐振腔拥有更大的腔体半径,从而移除了谐振腔半径必须大于束流管道半径这一原则带来的工作频率限制。为国家同步辐射实验室未来的正电子源设计了一台双腔束团长度监测器,讨论了谐振腔工作频率的选择并推导了束团长度的计算公式,监测器的谐振腔工作于TM020模式,其半径远大于使用TM010模式的传统方法,在CST软件中模拟的结果显示其束团长度测量精度好于7%。     

单谐振腔束团长度监测器的设计与仿真

提出了一种利用单个谐振腔测量直线加速器束团长度的新方法。不同于传统的双谐振腔束团长度监测器,该方法仅需要使用单个谐振腔,省去了用于辅助测量的参考腔,从而简化了装置结构,节省了空间。针对国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置进行了监测器的物理设计。通过设定同轴探针的插入位置,解决了双模信号互相干扰的问题,利用微扰金属改变调节工作频率,克服了双模难以同时谐振的困难。利用CST软件进行建模和仿真。仿真结果表明,该监测器可实现2～5 ps束团长度的诊断,测量误差小于5%。     

单谐振腔束团长度监测器耦合结构设计与仿真

单谐振腔束团长度监测器利用谐振腔内的两个本征模式测量ps量级的电子束团长度,它的关键是如何将两个不同频率的模式互不干扰地耦合提取出来。为解决这个问题,基于低通和带通滤波器的理论,提出了同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构,借助CST微波工作室对滤波器进行建模并仿真得到其S参数。为测试耦合器的应用效果,设计了一套带有该耦合结构的单谐振腔束团长度监测器探头,根据国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置FELiChEM的束流特点,在CST内对所设计的探头进行束流模拟仿真。仿真结果表明,该耦合器可以实现对特定模式的耦合,并有效降低其它模式的干扰,采用同轴滤波耦合结构和膜片加载波导滤波结构的谐振腔监测器可以实现对FELiChEM装置束团长度的高精度测量,测量误差小于2 %。     

北京正负电子对撞机(BEPC)束团长度的测量

讨论了利用J/ψ粒子次级产物中带电粒子顶点测量对撞机束团长度的方法,并给出北京正负电子对撞机(BEPC)对撞点处的束团长度.     

固定频率后同轴谐振腔尺寸与TM_(n10)模式阶数的可调性

研究了高频段微波同轴谐振腔高阶横磁模式TMn10的系列相关参数,发现对于确定的工作频率,可以根据器件功率的大小与工作环境的不同而比较自由地选择谐振腔的横截面尺寸及TMn10模式的阶数,即在较高频率下,可以采取较大横截面的腔体以便提升功率。根据计算所得的模式图,调节腔体尺寸和选择工作模式阶数,使工作模式与其相邻的模式有较大的模式间隔以增加带宽,并且获得较大的特性阻抗。编程理论计算的大量结果与用高频电磁场软件ISFEL 3D仿真的结果吻合较好。     

利用强流ISOL束研究~(20)Na的奇异衰变模式（英文）

北京放射性离子束装置(Beijing Radioactive Ion-beam Facility,BRIF)是基于在线同位素分离器技术的国家大科学平台。在BRIF装置上利用100 MeV的质子束轰击较厚的反应靶产生放射性核素;反应产物经离子源电离和在线分离,在线同位素分离段可引出100～300 keV的放射性核束,质量分辨率达20 000。在基金委科学仪器基础研究专项的支持下,建成了多用途的衰变实验终端,包括束流传输管道、通用靶室、带电粒子和γ探测器、集成电子学和数据获取系统等。利用100 MeV的质子束轰击MgO厚靶产生了流强高达1×105pps的~(20)Na放射性核束。通过高效率地同时测量β,γ和α,第一次直接观测到~(20)Na非常稀有的β-γ-α衰变模式。     

矩形波导TM_(11)-TE_(10)模式转换器的初步设计

设计了一种矩形波导隔断插板式TM11-TE10模式转换器。其结构是在矩形波导横截面窄边的中部,平行于横截面宽边插入一块金属平板,将其等分为上下两个矩形波导,将TM11模式转换为分别位于上下两个矩形波导内相位相反的TE10模式。然后分别在上下两个矩形波导内,平行于窄边等间距地插入一组金属薄板。TE10模式微波经过轴向长度差为合适值的上下两组插板后,相移差变为180°,使原本相位相反的TE10模式转为同向,最后通过阻抗渐变合成单个波导的TE10模式。该模式转换器可与带状电子束高功率微波源共轴,其横向最大尺寸可与带状电子束高功率微波源矩形输出口保持一致,轴向长度较短,结构简单、紧凑。利用有限元算法仿真软件,对该设计方案进行了验证和初步优化设计。初步的设计结果表明:当相对带宽为10%时,TM11至TE10模式的转换效率大于-0.45 dB,可满足带状电子束高功率微波源对输出结构的设计要求。     

束变换环孔激光谐振腔的设计与分析

分析了束变换环孔激光谐振腔的特点和优势,给出了这种复杂激光谐振腔的设计原理。对采用该方法设计的激光谐振腔空腔模式进行了计算和分析,并使用自行编写的三维光线追迹程序对这种腔的稳定性也进行了研究。结果表明这种谐振腔输出光场分布合理,相传均匀,远场分布接近衍射极限,并且这种腔对于扰动在一定范围内具有抑制能力,是一种研究价值很高的非稳腔。此外针对该腔提出的设计及模式计算方法对其他复杂腔型也具有一定的参考价值。     

低能强流质子束空间电荷补偿度研究(英文)

对于低能强流离子束来说,空间电荷效应的存在将导致束流发散、发射度增加等一系列问题,从而降低束流品质。幸运的是,当束流由离子源引出通过低能传输线时会与其中的剩余气体发生电离反应,产生二次电子与二次离子;二次电子在束流自身产生的电场作用下,在束流中积累并中和部分空间电荷,达到抑制空间电荷效应的效果。为了测量空间电荷中和程度,中国科学院近代物理研究所研制了一台三栅网式能量分析仪用以测量电离过程中产生的二次离子能量来间接计算空间电荷中和度。实验结果表明,对于40 keV, 18.5 mA的质子束,真空度为1.510*3 Pa 时得到最佳补偿度;真空度一定的情况下,空间电荷补偿度随束流流强增加而变大。For high-intensity low-energy ion beams, space charge effect is a main cause of beam divergence  and emittance growth. Fortunately, residual gas molecules in the drift space tend to be ionized and neutralize the beam space charge spontaneously. The level of Space Charge Neutralization (SCN)is measured through the detection of created secondary ion energy distribution in the beam region. A so-called non-interceptive Three-grid Energy Analyzer (TEA) has been designed and manufactured at Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP). This paper will present the detailsof the TEA detector and the application to diagnose proton beam SCN level in the Low Energy Beam Transport (LEBT) line. As a preliminary result, for an 18.5 mA proton beam a best compensating point appears at the vacuum pressure of 1.510*3 Pa. And the neutralization level is advanced with thegrowth of beam current in a constant vacuum pressure.     

加速100mA质子束的低β超导半波长谐振腔内的高阶模（英文）

基于超导器的连续波运行的高流强质子/氘束被越来越多的大科学装置所采用。在流强低于10mA情况下,用于加速低β段粒子的超导腔的高阶模影响基本可以忽略,但是对于加速百mA强流的低β超导腔,其高阶模损耗情况有待研究。近期北京大学设计并加工了一支β=0.09、运行频率162.5 MHz的超导半波长谐振腔,用于研究非相对论低β超导半波长谐振腔加速100mA强流质子束时可能涉及到的关键物理问题。重点研究了这支半波长谐振腔内部高阶模损耗的问题,用时域和频域两种方法分别计算了腔的高阶模损失因子,同时计算了考虑加工误差下腔内发生高阶模共振激发的概率。     

基于光纤光栅谐振腔的掺镱全光纤激光器设计(英文)

采用数值分析方法分析了光纤长度、后腔镜反射率等因素对激光器输出阈值泵浦功率、输出功率的影响,为全光纤激光器的优化设计提供了理论基础.在设计过程中采用光纤光栅作为光纤激光器的反馈与选频腔镜,通过锥度光纤实现了泵浦模块与掺镱双包层光纤之间的低损耗连接以及高效率的泵浦激光功率传输,成功研制了具备稳定窄化线宽激光输出的掺镱全光纤激光器.实验得到了波长峰值在1 082 .50 nm,谱线宽度0 .113 nm,最大输出功率8 .5 W,泵浦阈值功率0 .8 W,斜率效率为70 .8 %的稳定激光输出.     

单色光束的衍射度（英文）

受近期Gawhary和Severini在Opt.Lett.33,1360(2008)一文中引入的光束近轴度的启发,定义了一个独立于光束近轴度的衍射度参数来描述单色光束的衍射扩散程度,所定义的衍射度只依赖于光束的角谱分布,并可以定量比较不同光束的衍射扩散程度.     

饱和模式下微通道板输出电子云的Monte-Carlo仿真（英文）

当基于微通道板(MCP)的光电探测器受到强辐射干扰时,MCP的饱和将导致探测器的时间分辨率和空间分辨率发生改变.本文建立了饱和工作状态下MCP电子云运动仿真模型,与常规的线性工作状态的不同之处在于,该模型考虑了MCP通道壁上累积的正电荷对通道内电子云运动特性的影响.仿真结果表明,当MCP工作在线性状态,电极浸入深度的不同对通道电子云能量分布有很大差异,而工作在饱和状态,通道电子云能量分布趋于一致.电子能量分布曲线与相关文献的实验数据拟合良好,验证了模型的正确性.     

SOI微环谐振腔测试信号纹波噪声的分析（英文）

基于绝缘体上硅材料(SOI)的微环谐振腔作为各种集成微光学器件的核心部件,其传输特性的好坏直接决定微光学器件的性能优劣。结合微环谐振腔理论和多光束干涉原理对微环谐振腔测试信号中纹波的产生原因和影响因素进行了分析,通过耦合实验测试得到了纹波信号的特征参数并进行了分析,实验结果与仿真分析吻合。进一步分析了耦合光栅刻蚀深度对纹波幅值的影响及原因,为微环谐振腔结构参数的进一步优化和微环谐振腔传感系统误差分析提供了依据。     

利用强流ISOL束研究20Na的奇异衰变模式(英文)

北京放射性离子束装置（Beijing Radioactive Ion-beam Facility,BRIF）是基于在线同位素分离器技术的国家大科学平台。在BRIF装置上利用100 MeV的质子束轰击较厚的反应靶产生放射性核素;反应产物经离子源电离和在线分离,在线同位素分离段可引出100~300 keV的放射性核束,质量分辨率达20 000。在基金委科学仪器基础研究专项的支持下,建成了多用途的衰变实验终端,包括束流传输管道、通用靶室、带电粒子和γ探测器、集成电子学和数据获取系统等。利用100 MeV的质子束轰击MgO厚靶产生了流强高达1×105 pps的20Na放射性核束。通过高效率地同时测量β,γ和α,第一次直接观测到20Na非常稀有的β-γ-α衰变模式。Beijing Radioactive Ion-beam Facility(BRIF) has been commissioned as the national Radioactive Ion Beam(RIB) facility based on the Isotope Separator On Line(ISOL) technique since 2016. At BRIF, the radioactive nuclides are produced by the proton beam of 100 MeV bombarding a thick-target, the reaction products diffusing out of the target are ionized by an ion source and delivered to the online mass separator. In addition to the post-accelerated radioactive ion beams, BRIF can provide low-energy ISOL beams of 100 to 300 keV with a mass resolution of 20 000. A general-purpose decay station has been built including the ISOL beam transport line, a conventional reaction chamber, charge-particle and γ detectors with integrated electronics and data acquisition system. An intense 20Na ISOL beam up to 1×105 pps was produced by using the 100 MeV proton beam bombarding a MgO thick target. With high-efficiency measurements of β, γ and α simultaneously, very rare β-γ-α decay mode in 20Na has been directly observed for the first time in the present work.     

双微环谐振腔耦合的双波长半导体激光器（英文）

提出一种新颖的单片集成双微环耦合的双波长半导体激光器结构。集成于激光腔内的2个微环谐振腔作为模式选择滤波器,通过游标效应选择谐振模式,同时还可作为等效的反射镜面以形成行波腔。这种无需解理的行波激光腔代替了需要解理面的法布里-珀罗驻波腔。理论仿真表明,跟驻波腔结构相比,行波腔双微环激光器结构简单,可获得约34mA的较低的阈值电流和大于31dB的边模抑制比。合理地控制有源区的增益峰值和谐振模式分布,该激光器能提供一致性和稳定性较好的双波长激光输出。     

混合微球谐振腔热非线性效应的增强方法（英文）

提出并实现了一种可增强微球谐振腔热非线性效应的方法。通过在微球谐振腔表面涂覆低折射率紫外胶形成并制备了混合谐振腔。通过分析混合谐振腔结构的热光系数,从理论和实验论证了混合谐振腔结构可获得更大的热非线性效应,同时验证了混合谐振腔的品质因素对热非线性的影响。应用此混合谐振腔结构于温度传感实验,结果表明通过增强方法制备的谐振腔其检测灵敏度提高了2.8倍。因此,此方法在传感应用、生物化学检测、通讯等领域也有广泛的应用前景。     

Ka波段高功率微波TM_(0n)-TEM混合模式转换器设计北大核心CSCD

由于过模Ka波段高功率微波返波管通常输出TM_(0n)混合模式,在保证较高能量转换效率的条件下,难以同时兼顾其输出模式的纯度,而辐射终端为达到理想发射效果则要求单一模式馈入,这就给输出混合模式微波源的实际应用带来困难。针对这一技术难点,提出了一种结构紧凑的TM_(0n)-TEM(n≤5)混合模式转换器的设计方法,利用内外两路同轴阶梯波导并配合适当的插板调相结构可以实现在高功率容量条件下,较宽频带范围内,高效地将TM_(0n)混合模式转换为单一的TEM模,降低了此类高频段HPM源模式纯化设计的难度。     

螺旋分布孔高阶旋转模式激励器的设计（英文）

针对Danilov(2007)提出的高阶模式激励器纯度未知和设计思路模糊的不足,介绍了一种改进型螺旋分布孔高阶旋转模式激励器,以实现同轴TE1,1模式到圆波导TE5,3模式的高纯度转换。根据不均匀弦方程,编制了数值计算程序对同轴腔体结构参数进行了优化计算,使工作模式能够有效谐振。基于小孔衍射理论以及PEC表面的电场边界条件,详细研究了螺旋分布孔的排列方式和模式抑制器的工作原理。数值计算和仿真结果表明:在中心频率30GHz附近,TE5,3模式激励器的模式纯度高达97.4%,转换效率为96.1%。设计的高阶模式激励器相对于Danilov的结构具有纯度高和紧凑的性能。