【摘要】：在以高亮度電子束作為驅(qū)動(dòng)的裝置中,對(duì)電子束縱向特性的測(cè)量是束流診斷中的前沿和熱點(diǎn),如對(duì)百飛秒及以下超短束團(tuán)縱向分布的測(cè)量是短波長自由電子激光中衡量峰值流強(qiáng)和裝置性能的基本方法,束流到達(dá)時(shí)間抖動(dòng)會(huì)影響泵浦探測(cè)技術(shù)中的時(shí)間分辨率、直線對(duì)撞機(jī)中的對(duì)撞效率、湯姆遜散射X射線源中光子產(chǎn)額的穩(wěn)定性。電光診斷技術(shù)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)束團(tuán)縱向分布和到達(dá)時(shí)間的單次、非攔截式、高分辨率測(cè)量。本論文正是在此背景下,以清華大學(xué)湯姆遜X射線源裝置作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)電子束縱向特性測(cè)量的電光方法開展了深入的理論、模擬和實(shí)驗(yàn)研究。本論文首先研究了電光診斷技術(shù)中的光譜分辨探測(cè)。我們?cè)O(shè)計(jì)并搭建了緊湊、在線的光譜分辨電光束測(cè)裝置,實(shí)現(xiàn)了束團(tuán)縱向分布和到達(dá)時(shí)間單次、非攔截式的電光測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量得到的束團(tuán)長度為527fs rms,束流相對(duì)于激光的到達(dá)時(shí)間抖動(dòng)為471fs rms。論文分析了測(cè)量過程中的分辨率、信號(hào)量大小、穩(wěn)定性等問題,研究了作為時(shí)間分辨率主要限制因素的探測(cè)激光帶寬與啁啾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,并提出了一系列的改進(jìn)方案,如探索空間分辨的測(cè)量方式、使用光譜更寬的探測(cè)激光、采用響應(yīng)截止頻率更高的電光晶體、減小探測(cè)距離等。本論文研究的另一種電光診斷技術(shù)為空間分辨探測(cè)。我們首先針對(duì)空間分辨探測(cè)中激光斜入射導(dǎo)致的探測(cè)距離隨時(shí)間變化的固有問題,研究了電光信號(hào)強(qiáng)度與探測(cè)距離之間的變化關(guān)系,為束團(tuán)縱向分布的修正提供實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。隨后我們比較了碲化鋅和磷化鎵兩種電光晶體的測(cè)量效果與差異,直接測(cè)量得到的束團(tuán)長度分別為106fs rms和82fs rms。論文經(jīng)過分析認(rèn)為電光晶體晶格共振導(dǎo)致的響應(yīng)截止頻率和低能束流下的庫侖場(chǎng)展寬限制了時(shí)間分辨率的進(jìn)一步提高。論文提出了消除庫侖場(chǎng)展寬的影響從而獲得真實(shí)束團(tuán)長度的方法,并得到了～60fs rms的束長測(cè)量結(jié)果。在束流到達(dá)時(shí)間的測(cè)量中,空間分辨探測(cè)的測(cè)量精度達(dá)到了～10fs。通過對(duì)時(shí)間抖動(dòng)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件的頻譜分析,我們發(fā)現(xiàn)激光室的溫濕度變化是引起慢漂的主要來源,并精確分辨出溫度與濕度對(duì)各慢漂成分的貢獻(xiàn)。基于電光方法獲取的到達(dá)時(shí)間信息,我們完成了在線反饋抑制慢漂、減小時(shí)間抖動(dòng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),將抖動(dòng)從430fs rms減小到320fs rms,相應(yīng)的慢漂成分從335fs rms降低到110fs rms。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL50

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本文編號(hào)：2804632