基于光谱解码的电光采样测量束团长度方法研究

发布时间：2021-04-01 22:24

　　自由电子激光是基于直线加速器的新型光源,以其超高功率、超短脉冲、强相干等特性成为最具发展前景的第四代同步辐射光源,将为众多科研领域的发展带来前所未有的机遇。为了获得超短、超高功率的激光脉冲,需要长度超短的电子束团,高效测量超短束团长度是保障光源高性能运行的前提。常规的束团长度测量方法已无法满足亚皮秒量级超短束团长度的测量需求,电光采样法以其系统简单、分辨率高、单发测量等优点正成为超短束团长度测量的新型必备方法。本文从理论模拟、实验设计两方面对电光采样法进行了详细且较深入的研究。理论模拟方面:本文系统地研究了库伦电场的分布特性,综合多种因素推导了电光晶体的响应函数并模拟了晶体的响应曲线,完成了对电光编码过程的完整模拟,分析了多种实验因素对测量信号的影响。结果表明,晶体对库伦电场的衰减效应随束团长度的减小而迅速增强;相位延迟与晶体厚度存在非线性关系,当束团长度为亚皮秒量级时,相位延迟与晶体厚度的关系曲线存在“拐点”;在本文实验条件下,电光探测信号的展宽在2.8%以内,信号形状无可观测的畸变,时间分辨率最高可达263 fs（RMS）,信号强度受库伦电场方向及二分之一玻片角度的影响较大。实验设... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 自由电子激光介绍
    1.3 束团长度测量
        1.3.1 束团长度测量的意义与要求
        1.3.2 束团长度测量手段介绍
    1.4 电光采样法
        1.4.1 延时扫描法
        1.4.2 光谱解码法
        1.4.3 时间解码法
        1.4.4 空间解码法
    1.5 本课题的研究目的与文章内容安排
第二章 基本理论
    2.1 相对论性电子束团的电场分布
        2.1.1 单电子电场
        2.1.2 电子束团电场
    2.2 激光在非线性介质中的传播
        2.2.1 高斯光束脉冲
        2.2.2 高斯光束在色散介质的传播
    2.3 电光效应
        2.3.1 各向异性晶体的极化
        2.3.2 折射率椭球
        2.3.3 泡克耳斯效应
        2.3.4 晶体快轴、慢轴折射率与相位延迟
    2.4 电光探测技术
        2.4.1 琼斯矩阵
        2.4.2 偏振变化转强度变化探测
第三章 数值模拟
    3.1 库伦电场模拟
    3.2 电光晶体的响应函数
        3.2.1 激光在晶体中的传播
        3.2.2 库伦电场在晶体中的传播
        3.2.3 电光响应系数
        3.2.4 激光与THz在晶体中的速度不匹配
        3.2.5 电光频域响应函数
    3.3 晶体对库伦电场的影响
        3.3.1 晶体对库伦电场形状的影响
        3.3.2 晶体对电场幅度的影响
        3.3.3 晶体对束团长度测量结果的影响
    3.4 信号探测
        3.4.1 激光频率对相位延迟的影响
        3.4.2 晶体厚度对相位延迟的影响
        3.4.3 THz电场方向相对于X轴的角度对信号测量影响
        3.4.4 入射光角度对测量结果的影响
        3.4.5 二分之一玻片转角对信号强度的影响
    3.5 分辨率分析
第四章 实验方案设计
    4.1 上海深紫外自由电子激光装置
    4.2 电光频谱解码测量实验平台设计与搭建
        4.2.1 激光系统
        4.2.2 光路传输系统
        4.2.3 光栅展宽器设计、搭建
        4.2.4 真空腔及激光与电子束团同步
        4.2.5 信号解码分析
    4.3 光谱仪的标定
    4.4 子系统测试
        4.4.1 激光测量
        4.4.2 光栅展宽器测试
        4.4.3 针尖激光测试
    4.5 实验平台
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]SDUV-FEL装置上利用电光频谱解码法测量束团长度实验设计与仿真[J]. 华连发,张文艳,王兴涛,李珍,刘波.  核技术. 2016(04)
[2]自由电子激光[J]. 姜伯承,邓海啸.  科学. 2012(01)
[3]Electro-optical sampling non-synchronous delay scanning measurement of electron beam bunch length at BFEL[J]. 孙大睿,徐金强,陈森玉.  中国物理C. 2010(02)
[4]用条纹相机测量BEPC的束团长度[J]. 赵政,国智元,刘德康,马力,秦庆,王九庆,徐刚.  高能物理与核物理. 2003(04)
[5]SASE自由电子激光[J]. 张令翊,庄杰佳,赵夔,陈佳洱.  强激光与粒子束. 2001(02)
[6]第四代光源[J]. 张令翊,庄杰佳,赵夔,陈佳洱.  强激光与粒子束. 2001(01)
[7]椭圆偏振光的检验与偏振光的干涉[J]. 尹中文,丁显有.  南都学坛. 2000(06)
[8]偏振器件的琼斯矩阵[J]. 梁铨廷.  光学仪器. 1988(04)

博士论文
[1]用于超短束团长度测量的X波段行波偏转结构的研究[D]. 谭建豪.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[2]基于条纹相机的束流测量系统研制及其相关研究[D]. 王季刚.中国科学技术大学 2012



本文编号：3114059