【摘要】：在以高亮度電子束作為驅(qū)動的裝置中,對電子束縱向特性的測量是束流診斷中的前沿和熱點,如對百飛秒及以下超短束團縱向分布的測量是短波長自由電子激光中衡量峰值流強和裝置性能的基本方法,束流到達時間抖動會影響泵浦探測技術(shù)中的時間分辨率、直線對撞機中的對撞效率、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)可以同時實現(xiàn)束團縱向分布和到達時間的單次、非攔截式、高分辨率測量。本論文正是在此背景下,以清華大學(xué)湯姆遜X射線源裝置作為實驗平臺,對電子束縱向特性測量的電光方法開展了深入的理論、模擬和實驗研究。本論文首先研究了電光診斷技術(shù)中的光譜分辨探測。我們設(shè)計并搭建了緊湊、在線的光譜分辨電光束測裝置,實現(xiàn)了束團縱向分布和到達時間單次、非攔截式的電光測量。實驗中測量得到的束團長度為527fs rms,束流相對于激光的到達時間抖動為471fs rms。論文分析了測量過程中的分辨率、信號量大小、穩(wěn)定性等問題,研究了作為時間分辨率主要限制因素的探測激光帶寬與啁啾對測量結(jié)果的影響,并提出了一系列的改進方案,如探索空間分辨的測量方式、使用光譜更寬的探測激光、采用響應(yīng)截止頻率更高的電光晶體、減小探測距離等。本論文研究的另一種電光診斷技術(shù)為空間分辨探測。我們首先針對空間分辨探測中激光斜入射導(dǎo)致的探測距離隨時間變化的固有問題,研究了電光信號強度與探測距離之間的變化關(guān)系,為束團縱向分布的修正提供實驗和理論依據(jù)。隨后我們比較了碲化鋅和磷化鎵兩種電光晶體的測量效果與差異,直接測量得到的束團長度分別為106fs rms和82fs rms。論文經(jīng)過分析認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展寬限制了時間分辨率的進一步提高。論文提出了消除庫侖場展寬的影響從而獲得真實束團長度的方法,并得到了～60fs rms的束長測量結(jié)果。在束流到達時間的測量中,空間分辨探測的測量精度達到了～10fs。通過對時間抖動和實驗環(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各慢漂成分的貢獻。基于電光方法獲取的到達時間信息,我們完成了在線反饋抑制慢漂、減小時間抖動的驗證性實驗,將抖動從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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL50

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本文編號：2804632