兰州重离子加速器腔体反馈电缆漂移的补偿方法

理论分析了兰州重离子加速器腔体的低电平稳定系统中各传输通道对腔体的长期稳定度的影响,根据现有低电平稳定系统的实际情况,提出了用附加测试电缆来补偿反馈电缆漂移的方法。测试了环境温度的变化对电缆在实施补偿前后的相位与损耗的影响,测试结果表明：采用电缆补偿后的长期相位稳定度可以降低到原来的1/50,长期幅度漂移可以最少降低到原来的1/10。     

LLRF超导腔体控制系统的测试

中国科学院近代物理研究所自主研发的ADS注入器Ⅱ第一代高频低电平(LLRF)控制系统,工作频率为162.5 MHz;LLRF系统是由基于I/Q采样的正交解调技术构成的全数字闭环反馈控制系统,其主要功能是实现超导腔腔体电压幅值稳定控制、相位稳定控制与腔体谐振频率控制;LLRF控制系统在液氦温区超导腔上进行了系统稳定度和性能的在线测试,根据实验数据计算得超导腔体电压幅度稳定度为±3.4‰,相位稳定度为±0.3°,腔体表面峰值电场(Epk)能长时间稳定在25.1 MV/m。通过实验测试,检验了LLRF控制系统的性能,并对测试过程中出现的问题进行了分析,为将来超导腔LLRF控制系统运行积累了经验。     

HIRFL 高频相位与幅度稳定系统

介绍了兰州重离子研究装置(HIRFL) 主回旋加速器(SSC) 高频系统高频电压的相位稳定与幅度稳定系统,重点介绍了设备的组成和稳定环路设计以及正交变换与稳定环路滤波器的设计方法。通过在SSC 腔体上进行的长期的现场测试,得到了调制抑制度与长期稳定度的测试方法,并对结果进行了分析。其中,设备的长期相位稳定度达到0:014°,长期幅度稳定度达到1.29x10-4,远高于改造前的指标。The phase and amplitude stabilization system of high-frequency voltage on the main cyclotron SSC of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) is introduced. The system composition, negative feedback loop design and other important aspects about the development of the system are particularly presented in this paper. Designing method of digital PLL orthogonal transformation and loop filter of phase and amplitude stabilization are introduced in detail. Control systems of SSC have been tested through a long-term stability experiments, the test method of the parasitic modulation suppression and stabilization in long term is proposed. According to the analyzing data, it shows that phase control accuracy in long term is within 0:014° and the amplitude deviation in long term is lower than 1.29x10-4. Compared with the traditional system, its capability and target is much better.     

相位调制量子密钥分配系统中低频振动相移的实时跟踪补偿

环境变化引起的相位漂移是双Mach-Zehnder量子密钥分配系统中误码和不稳定性的主要来源.相位漂移由高频振动和低频振动两部分组成，大部分这类振动的影响采用隔振措施(如用泡沫、橡皮包垫隔音)可以消除，而周期为3±0.32 min的低频振动依然存在.报道了对这种低频固有振动引起的相移进行实时跟踪和补偿的方法.实验表明，采用这种方法实验室内实现75 km量子密钥分配和量子保密通信，在24 h内能长期稳定运行，误码率低于6%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分配 低频振动 实时相位补偿     

一种高效量子密钥分发系统主动相位补偿方法

针对相位编码量子密钥分发系统相位漂移的实际问题,详细分析了目前解决相位漂移的主要方案,提出了一种"五点法"快速相位漂移参数的扫描方法.该方法只需对五个相位点进行单光子水平的相位扫描,即可得出满足精度要求的相位漂移参数.通过将该方法和其他两种主要相位补偿方法的对比分析,表明该方法可以在更短的扫描时间内有效得到量子密钥分发的相位漂移参数并对相位漂移进行实时补偿.该方法适用于目前常用的相位编码系统,为量子密码系统提供了一种有实际应用价值的主动相位补偿方案.     

基于相位波动远端补偿的微波频率光纤传递新方法

为研究微波信号光纤传递的性能,提出了一种对相位波动在远端进行抵消补偿的微波信号光纤传递新方法。该方法利用法拉第旋转镜将远端返回的光信号再次返射至远端,对光纤链路因温度、压力变化引入的相位波动通过远端的倍频混频电路进行抵消补偿。理论仿真与验证实验证实了该方法的有效性。在微波调制频率为1GHz,光纤链路长度为25.2km的实验中,频率传递的稳定度损失为2×10-12 s-1和6×10-17 d-1。此方法优化了本地端的结构,本地端不需要光电光转换,无需设计相位信息的精确测量与实时补偿系统,且光纤链路引入的相位扰动对长期稳定度的影响可以降低约三个数量级。     

兰州冷却储存实验环高可靠性低电平控制系统

为控制高频加速腔体产生具有稳定的幅度、相位和频率的射频加速电场,设计了实验环高频低电平控制系统。为保证控制的稳定性、可靠性和实时性,系统各功能模块以硬件模拟电路为主体,同时为了协调控制各功能模块的工作并补偿某些功能模块的非线性误差,增加了数字模块。该系统由相位稳定、幅度稳定和频率调谐3个子系统组成,采用高频鉴相、PID控制、DSP和FPGA等技术。目前,控制系统通过了长期稳定性的实验和高功率实验,幅度控制精度±3％,相位控制精度±2°,频率调谐精度±5°。     

基于光学时延补偿的50 km光纤微波频率传递

报道了利用50 km光纤实现4.38×10~(-15)@1 s和2.80×10~(-18)@65.5×10~3s稳定度的微波频率传递的实验研究.实验系统采用多普勒噪声消除技术,通过在本地端探测往返传递的微波信号相位获得链路上的相位变化信息,并实时控制光延迟调整机构进行补偿.光延迟控制采用压电陶瓷的快速拉伸和慢速光纤温控联合方式,可实现5 ns和千赫兹带宽的光延迟控制,能够实现光纤噪声的长期高精度补偿.与电相位补偿相比,光延迟补偿受微波泄露的影响相对较小,而微波泄露影响在类似系统难以避免,因此这种方式更利于获得高稳定度的频率传递.此外,系统采用变频往返传递消除光寄生反射效应,以及色散补偿光纤减小因色散引起的调制信号衰减等措施,提高了系统的技术指标.     

基于电流自适应补偿的高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统

针对半导体激光器在实际应用中波长、功率稳定性较差以及控制系统复杂等问题,设计了一套高稳定度调制光栅Y分支型激光器控制系统。该系统利用模糊比例-积分-微分控制算法稳定功率,并通过两次正交试验优化算法参数,减小功率超调量,同时提出电流自适应补偿的波长校准算法,提升不同功率下的波长稳定性,解决电流内环反馈时引起的波长和功率交叉影响问题。结果表明,仿真优化后的激光器功率超调量从1.528%降低至0.014%,系统调整次数由21减小至17;测试调制光栅Y分支型激光器60 min内的功率漂移量仅为0.004 4 mW,稳定度达到0.060 4%,波长漂移量为1.9 pm,稳定度达到1.22×10^-6。经校准,激光器的半导体光放大器电流在28～78 mA范围内,波长变化量从23.4 pm减小至2.6 pm。     

次谐波聚束系统固态放大器相位特性

为研究BEPCⅡ直线加速器次谐波聚束系统使用的两台固态放大器（20 kW/142.8 MHz,10 kW/571.2 MHz）的相位特性,利用基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字测量方法对两台固态放大器的脉内相移和相位稳定度进行了测量。测量系统硬件包括频率综合器、FPGA数字信号处理板和PC;软件部分包括FPGA内部算法、通信及PC端界面程序。该测量系统能真实地反映两台固态放大器的相位特性,为次谐波聚束器的相位补偿提供了参考。     

波导-同轴线的脊型转换器设计与测试

射频测量系统中经常会用到波导-同轴线转换器,主要是利用其将射频器件的波导端口转换成能够直接接入测量仪器的50 Ω同轴线。本文设计的648 MHz/WR1500波导同轴转换器主要用于CSNS升级工程（CSNS-II）超导直线射频器件的测量。利用切比雪夫脊型阶梯阻抗变换和探针耦合的方式实现波导到同轴线的转换。对脊加载波导和不连续同轴线分别进行了分析,得到最优尺寸。为了提高测量精度,设计的波导-同轴线转换器具有低插入损耗、低驻波比和宽带宽等特性。最后对生产的转换器进行了测试,测试结果与仿真结果相近,能够满足作为测量器件的使用要求。     

ZnS…Cu电致发光电压传感器及其温度漂移补偿

利用ZnS…Cu电致发光粉末与环氧树脂胶混合,设计制作了一种梯形电极结构的电压传感单元,实现了电致发光电压传感器输出信号的温度漂移补偿。电致发光电压传感信号通过2根塑料光纤传输到2个硅光电探测器,并选择其开路电压作为传感器的输出信号。在同一外加电压条件下,梯形电极区域内的电场分布是不均匀的,因而不同场点的发光亮度不同。通过测量梯形电极区域内2个不同发光点的发光强度随外加电压的变化,并对两路输出电压传感信号进行数据拟合与计算,可获知被测电压的有效值,并可实现对输出信号温度漂移的补偿。在-40~60℃范围内,采用上述温度漂移补偿方法测量了有效值在0.7~1.5 k V范围内的工频电压,传感器输出信号的非线性误差低于1.6%,验证了该温度漂移补偿方法的有效性。     

非PLL相位平均型参考线原型验证

射频相位参考线是粒子加速器的重要组成部分之一,为射频低电平控制系统(LLRF)、束流诊断系统、定时系统等提供稳定的相位锁定参考信号。为减少远距离传输过程中由环境温度变化导致的射频传输线中的射频相位漂移,多个加速器装置中已经采用射频相位参考线提供射频相位参考,这些相位参考的实现方案主要是基于恒温控制和基于光纤锁相。与这些方案相比,采用相位平均方法不仅可以保持长距离节点之间的相位稳定,而且更易于现场安装与维护。现有的带有锁相环(PLL)的终端短路方式实现相位平均参考线的方案仍有一些节点数量限制等方面的不足,本文对相位平均参考线结构进行了去除PLL的简化设计并进行了验证,以期增加更多的相位分配节点以及降低对射频器件参数的要求。对非PLL的单端输入终端短路相位平均方案与两端输入各节点间互为参考的相位平均方案分别进行了实验测试,结果表明两者的相位RMS精度可以达到0.1°~0.3°。并对不同的相位平均实现方案中相位不稳定的产生原因进行了分析,结果表明,除环境温度外,同轴线缆材质、合成相位与幅度的不平衡合成等也是重要影响因素。     

声光调制光谱相机的成像漂移

研究了基于声光可调滤波机理的光谱相机在成像时由声光晶体的色散而产生的图像漂移现象。利用色散补偿法和图像位移补偿法,理论计算并实验测量了声光可调滤波器（AOTF）在可见光（488～644 nm）波段内由晶体外衍射角所引起的图像漂移,并进行了优化实验。采用色散补偿法,调整入射光为准平行光,入射光波长为488～644 nm时,在晶体出射面添加0.6°的光楔,晶体外衍射角的变化量可由0.066 50°降低到0.004 2°,即图像漂移量由162.1μm降低到10.9μm;采用图像位移补偿法,不添加光楔,入射光波长为488～644 nm时,图像水平漂移量可从468μm降低到0.658μm,漂移量在一个像元内。实验表明：基于提出的两种方法可忽略成像漂移对图像的影响,有效提高了基于AOTF机理的光谱相机的成像分辨率。     

一种陀螺稳定平台瞄准线漂移的惯性补偿方法

针对陀螺稳定平台系统中地球自转引起的瞄准线漂移问题，提出一种基于惯性姿态信息的瞄准线漂移补偿方法。该方法根据惯导系统解算得出的平台地理坐标和姿态信息计算出地球自转角速率在光电稳定平台坐标系上的投影，稳瞄控制单元利用该投影信息自动补偿平台上的速度反馈数据，消除由地球自转造成的瞄准线漂移。试验结果显示，使用该补偿方法后的方位漂移及俯仰漂移分别是1.69 mrad/h和1.84 mrad/h，远小于不加该补偿方法时的方位漂移6.89 mrad/h及俯仰漂移7.32 mrad/h，证明该方法可有效补偿瞄准线漂移。     

二极管负载电缆X射线辐照瞬态响应数值模拟

将时域传输线模型与漂移-扩散模型相结合,提出一种耦合数值计算方法,研究计算了带二极管负载的电缆在X射线辐照下的瞬态响应。该耦合数值计算方法首先利用时域传输线模型计算电缆在X射线辐照下的各节点电参数,然后将得到的终端节点的电压代入漂移-扩散模型中求解二极管的内部参数与偏置电流,最后将得到的偏置电流代入到下一时间步的传输线模型中继续进行计算。该方法能够直接反映出电缆在X射线辐照下的瞬态响应与所连接的负载状态改变之间的耦合关系,利用该方法求解X射线辐照简单电子系统的典型算例,计算结果表明,X射线辐照下,同轴电缆上各处的响应电流会随着PIN二极管状态的改变而发生明显变化,与理论分析相符合,耦合模型适用于此类问题。     

Subfemtosecond synchronization of microwave oscillators with mode-locked Er-fiber lasers

We synchronize an 8.06 GHz microwave signal from a voltage-controlled oscillator with an optical pulse train from a 77.5 MHz mode-locked Er-fiber laser using a fiber-based optical-microwave phase detector. The residual phase noise between the optical pulse train and the synchronized microwave signal is -133 dBc/Hz (-154 dBc/Hz) at 1 Hz (5 kHz) offset frequency, which results in 838 as integrated rms timing jitter [1 Hz-1 MHz]. The long-term residual phase drift is 847 as (rms) measured over 2 h, which reaches 4×10(-19) fractional frequency instability at 1800 s averaging time. This method has a potential to provide both subfemtosecond-level short-term phase noise and long-term phase stability in microwave extraction from mode-locked fiber lasers.     

无机械连接方位角测量系统中磁光调制的温度适应性研究

在无机械连接的方位角测量系统的研制中,通过对磁光材料的特性及磁旋光温漂的成因分析,采用直接读出解调和方位随动测角的方法,有效的降低了由Verdet常数变化引起的磁旋光漂移导致的方位失调角变化.使得系统可以在无需补偿和预热的情况下实时测量,方位测角精度3δ小于5″.     

Assessment of radio-frequency heating of a parallel transmit coil in a phantom using multi-echo proton resonance frequency shift thermometry

We propose a workflow for validating parallel transmission (pTx) radio-frequency (RF) magnetic field heating patterns using Proton-Resonance Frequency shift (PRF)-based MR thermometry. Electromagnetic (EM) and thermal simulations of a 7 T 8-channel dipole coil were done using commercially available software (Sim4Life) to assess RF heating. The fabrication method for a phantom with electrical properties matched to human tissue is also described, along with methods for its electrical and thermal characterisation. Energy was deposited to specific transmit channels, whilst acquiring 3D PRF data using a pair of interleaved RF shim transmit modes. A multi-echo readout and pre-scan stabilisation protocol were used for increased sensitivity and to correct for measurement-to-measurement instabilities. The electrical properties of the phantom were found to be within 10% of the intended values. Adoption of a 14-min stabilisation scan gave sufficient suppression of any evolving background spatial variation in the B₀ field to achieve <0.001 °C/mm thermometry drift over 10 min of subsequent scanning. Using two RF shim transmit modes enabled full phantom coverage and combining multiple echo times enabled a 13–54% improvement in the RMSE sensitivity to temperature changes. Combining multiple echoes reduced the peak RMSE by 45% and visually reduced measurement-to-measurement instabilities. A reference fibre optic probe showed temperature deviations from the PRF-estimated temperature to be smaller than 0.5 °C. Given the importance of RF safety in pTx applications, this workflow enables accurate validation of RF heating simulations with minimal additional hardware requirements.