上海软X射线自由电子激光腔式束流位置测量系统
发布时间：2021-07-20 16:35
上海软X射线自由电子激光装置（Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser, SXFEL）需1个分辨率达到亚μm量级的束流位置测量系统,并采用基于束流准直的方法实现波荡器段电子束与光子束的紧密重合。为此设计研制了1个由C波段腔式探头、单路混频至低中频的射频前端以及自主研发的专用数字信号束流位置处理器（digital beam position monitor processor, DBPM）构成的腔式束流位置测量（cavity beam position monitor, CBPM）系统。本文对系统的设计、软硬件结构、系统搭建进行了介绍,并基于漂移段搭建的3个紧邻的CBPM阵列完成了在线系统性能评估。束流实验结果表明,在束团电荷量为500 pC、系统动态范围在±800μm的条件下,位置分辨率可达880 nm,这也是国内首次研制成功可在线运行的具有亚μm位置分辨率的CBPM系统。此外,采用CBPM的相位腔进行相对束团电荷量、束团到达时间的测量,其性能评估结果也均优于SXFEL设计要求。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
CBPM系统硬件结构
考虑到SXFEL的束团重复频率仅10 Hz,为降低对后续信号处理电子学在数据采集上的压力以及获取更多的信号处理增益,选用高有载品质因子Q的方案。探头的结构参考日本SACLA的设计优化而成[6],为避免来自主加速器系统的暗电流干扰,腔体的工作频率需远离主加速器工作频率2 856 MHz的整数和半整数倍频率,结合SXFEL波荡器段16 mm的真空管道直径,因此将谐振腔的工作频率选择在4.7 GHz附近,而为提高腔体的Q,腔体材料采用了电导率更高的无氧铜[10]。图2为设计的高Q型CBPM探头的三维结构示意图。为减小腔体间的串扰对束流位置测量的影响,在探头设计和加工中将水平、垂直位置腔和参考腔的谐振频率设定得略有偏差,其频率f分别设定:在水平方向为4.681 GHz、垂直方向为4.689 GHz、参考腔为4.694 GHz[11]。经多批零件加工测试来探索加工精度对腔体谐振频率和Q的影响趋势,采用参考腔和位置腔独立加工,各自指标达到要求后整体焊接的方法,并在最终组装焊接前、后均用网络分析仪进行腔体谐振频率和Q的测试,以保证腔体批量加工的一致性。图3、4分别为批量加工17套CBPM的谐振频率和Q一致性的测量结果。
为减小腔体间的串扰对束流位置测量的影响,在探头设计和加工中将水平、垂直位置腔和参考腔的谐振频率设定得略有偏差,其频率f分别设定:在水平方向为4.681 GHz、垂直方向为4.689 GHz、参考腔为4.694 GHz[11]。经多批零件加工测试来探索加工精度对腔体谐振频率和Q的影响趋势,采用参考腔和位置腔独立加工,各自指标达到要求后整体焊接的方法,并在最终组装焊接前、后均用网络分析仪进行腔体谐振频率和Q的测试,以保证腔体批量加工的一致性。图3、4分别为批量加工17套CBPM的谐振频率和Q一致性的测量结果。图4 Q一致性测量结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]自由电子激光装置数字化束流位置信号处理器研制及应用[J]. 赖龙伟,冷用斌,阎映炳,陈方舟,陈健,周伟民,张宁. 核技术. 2018(07)
[2]上海光源数字化束流位置信号处理器测试平台研制[J]. 陈方舟,赖龙伟,阎映炳,冷用斌. 核技术. 2017(11)
[3]Implementation and integration of a systematic DBPM calibration with PLL frequency synthesis and FPGA[J]. 孙旭东,冷用斌. Nuclear Science and Techniques. 2014(02)
[4]DBPM signal processing with field programmable gate arrays[J]. LAI Longwei~(1,2)LENG Yongbin~(1,*)YI Xing~(1,2)YAN Yingbing~1 ZHANG Ning~(1,2) YANG Guisen~(1,2)WANG Baopeng~(1,2)XIONG Yun~(1,2) 1 Shanghai Synchrotron Radiation Facility,Shanghai Institute of Applied Physics,Shanghai 201800,China 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Nuclear Science and Techniques. 2011(03)
本文编号：3293187
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
CBPM系统硬件结构
考虑到SXFEL的束团重复频率仅10 Hz,为降低对后续信号处理电子学在数据采集上的压力以及获取更多的信号处理增益,选用高有载品质因子Q的方案。探头的结构参考日本SACLA的设计优化而成[6],为避免来自主加速器系统的暗电流干扰,腔体的工作频率需远离主加速器工作频率2 856 MHz的整数和半整数倍频率,结合SXFEL波荡器段16 mm的真空管道直径,因此将谐振腔的工作频率选择在4.7 GHz附近,而为提高腔体的Q,腔体材料采用了电导率更高的无氧铜[10]。图2为设计的高Q型CBPM探头的三维结构示意图。为减小腔体间的串扰对束流位置测量的影响,在探头设计和加工中将水平、垂直位置腔和参考腔的谐振频率设定得略有偏差,其频率f分别设定:在水平方向为4.681 GHz、垂直方向为4.689 GHz、参考腔为4.694 GHz[11]。经多批零件加工测试来探索加工精度对腔体谐振频率和Q的影响趋势,采用参考腔和位置腔独立加工,各自指标达到要求后整体焊接的方法,并在最终组装焊接前、后均用网络分析仪进行腔体谐振频率和Q的测试,以保证腔体批量加工的一致性。图3、4分别为批量加工17套CBPM的谐振频率和Q一致性的测量结果。
为减小腔体间的串扰对束流位置测量的影响,在探头设计和加工中将水平、垂直位置腔和参考腔的谐振频率设定得略有偏差,其频率f分别设定:在水平方向为4.681 GHz、垂直方向为4.689 GHz、参考腔为4.694 GHz[11]。经多批零件加工测试来探索加工精度对腔体谐振频率和Q的影响趋势,采用参考腔和位置腔独立加工,各自指标达到要求后整体焊接的方法,并在最终组装焊接前、后均用网络分析仪进行腔体谐振频率和Q的测试,以保证腔体批量加工的一致性。图3、4分别为批量加工17套CBPM的谐振频率和Q一致性的测量结果。图4 Q一致性测量结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]自由电子激光装置数字化束流位置信号处理器研制及应用[J]. 赖龙伟,冷用斌,阎映炳,陈方舟,陈健,周伟民,张宁. 核技术. 2018(07)
[2]上海光源数字化束流位置信号处理器测试平台研制[J]. 陈方舟,赖龙伟,阎映炳,冷用斌. 核技术. 2017(11)
[3]Implementation and integration of a systematic DBPM calibration with PLL frequency synthesis and FPGA[J]. 孙旭东,冷用斌. Nuclear Science and Techniques. 2014(02)
[4]DBPM signal processing with field programmable gate arrays[J]. LAI Longwei~(1,2)LENG Yongbin~(1,*)YI Xing~(1,2)YAN Yingbing~1 ZHANG Ning~(1,2) YANG Guisen~(1,2)WANG Baopeng~(1,2)XIONG Yun~(1,2) 1 Shanghai Synchrotron Radiation Facility,Shanghai Institute of Applied Physics,Shanghai 201800,China 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Nuclear Science and Techniques. 2011(03)
本文编号：3293187
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3293187.html
