THz-FEL直线加速器在线控制与测量系统改进设计

发布时间：2020-05-22 23:03

【摘要】：电子直线加速器是自由电子激光太赫兹源(THz-FEL)的关键组成部件,其出口处电子束的品质,直接影响整个装置所产生的THz辐射的频谱、功率等关键参数。华中科技大学主持研发的紧凑型自由电子激光太赫兹装置,关键部件已于2014年搭建完成,束流参数在2017年达到验收指标。但该装置已有的控制程序,存在着开环控制、响应慢、编程环境不一致等问题,严重影响束流调试效率。本文主要在束测系统硬件装置搭建完成的基础上,独立设计与开发了在线控制与测量系统。束流调试中,宏脉冲流强、束流能量、能散度、发射度等运行参数反映了电子束品质。论文介绍了这些运行参数的测量原理,分析了高重复频率下的机器调节手段,研究了束斑图像误差来源与校正方法。为解决THz-FEL前期控制系统权能划分矛盾的问题,在线控制与测量系统采用分布式分层架构方案,包括束流测量系统、电子枪控制系统与运行监控系统三个子系统,子系统与硬件设备的通讯采用串口连接与TCP/IP连接两种方式。此外,为进一步精简系统内存,在线控制与测量系统将系统进程划分为自动预热环节、束流调节环节与数据处理环节,实现一定程度的自动化操作。结合前期积累的人机交互经验,以主次性、一致性、可维护性等设计原则为指导,在线控制与测量系统选择LabVIEW软件为开发平台,采用扁平化设计风格,建立了以Access数据库为核心的数据管理系统,子系统间采用基于EPICS控制系统的CA Lab模块分享数据,拥有图像处理、硬件通讯、帮助文档等功能,为调束人员创造了高效稳定的软件条件,也为控制程序后续的升级改造奠定了基础。
【图文】：

红外波,太赫兹波,前沿领域,绪论

华中科技大学硕士学位论文1. 绪论究背景与意义ST THz-FEL 源概述兹技术是近些年兴起的交叉前沿领域。太赫兹波（Terahertz，THz），向微波波段过渡的频段，其频率为 0.1~10THz（1THz=1012Hz），m[1-3]。观察其在电磁波频谱所处位置可知，THz 兼具微波与红外波的物

示意图,示意图,加速管,波荡器

图 1-2 HUST THz-FEL 装置总体示意图HUSTTHz-FEL 源主要由微波系统、加速管及其聚焦系统、输运线系统、波荡器、光学系统和辅助系统等构成，其中，微波信号发生器、固态放大器、EC-ITC 微波电子枪、速调管、高压脉冲调制器和传输波导等组成了微波系统，短磁透镜和螺线管线圈等组成了加速管聚焦系统，二极铁、四极铁等组成了输运线系统，光学谐振腔、格雷盒探测器、傅里叶红外光谱仪等组成了光学系统，水冷系统、真空系统和联锁保护系统等组成了辅助系统。THz-FEL 源主要运行机理为：微波信号发生器产生 mW 级微波功率并传输至固态放大器，经其放大后由同轴线馈入速调管进行二次功率放大，此时微波功率已达 MW 级，而后分两路传导至电子枪和加速管；与此同时，电子枪产生的电子脉冲经微波功率聚束和加速后形成电子束，电子束在加速管中进一步提高能量至8~14MeV，然后通过偏转磁铁进入波荡器，通过与波荡器中磁场的相互作用产生1~6THz 的辐射波。1.1.2 在线控制与测量系统研究意义
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL53

【参考文献】