上海軟X射線自由電子激光裝置（Shanghai Soft X-ray Free Electron Laser, SXFEL）需1個(gè)分辨率達(dá)到亞μm量級(jí)的束流位置測(cè)量系統(tǒng),并采用基于束流準(zhǔn)直的方法實(shí)現(xiàn)波蕩器段電子束與光子束的緊密重合。為此設(shè)計(jì)研制了1個(gè)由C波段腔式探頭、單路混頻至低中頻的射頻前端以及自主研發(fā)的專用數(shù)字信號(hào)束流位置處理器（digital beam position monitor processor, DBPM）構(gòu)成的腔式束流位置測(cè)量（cavity beam position monitor, CBPM）系統(tǒng)。本文對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、軟硬件結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)搭建進(jìn)行了介紹,并基于漂移段搭建的3個(gè)緊鄰的CBPM陣列完成了在線系統(tǒng)性能評(píng)估。束流實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在束團(tuán)電荷量為500 pC、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍在±800μm的條件下,位置分辨率可達(dá)880 nm,這也是國(guó)內(nèi)首次研制成功可在線運(yùn)行的具有亞μm位置分辨率的CBPM系統(tǒng)。此外,采用CBPM的相位腔進(jìn)行相對(duì)束團(tuán)電荷量、束團(tuán)到達(dá)時(shí)間的測(cè)量,其性能評(píng)估結(jié)果也均優(yōu)于SXFEL設(shè)計(jì)要求。 

【文章來源】：原子能科學(xué)技術(shù). 2020,54(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

CBPM系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

考慮到SXFEL的束團(tuán)重復(fù)頻率僅10 Hz,為降低對(duì)后續(xù)信號(hào)處理電子學(xué)在數(shù)據(jù)采集上的壓力以及獲取更多的信號(hào)處理增益,選用高有載品質(zhì)因子Q的方案。探頭的結(jié)構(gòu)參考日本SACLA的設(shè)計(jì)優(yōu)化而成[6],為避免來自主加速器系統(tǒng)的暗電流干擾,腔體的工作頻率需遠(yuǎn)離主加速器工作頻率2 856 MHz的整數(shù)和半整數(shù)倍頻率,結(jié)合SXFEL波蕩器段16 mm的真空管道直徑,因此將諧振腔的工作頻率選擇在4.7 GHz附近,而為提高腔體的Q,腔體材料采用了電導(dǎo)率更高的無氧銅[10]。圖2為設(shè)計(jì)的高Q型CBPM探頭的三維結(jié)構(gòu)示意圖。為減小腔體間的串?dāng)_對(duì)束流位置測(cè)量的影響,在探頭設(shè)計(jì)和加工中將水平、垂直位置腔和參考腔的諧振頻率設(shè)定得略有偏差,其頻率f分別設(shè)定:在水平方向?yàn)?.681 GHz、垂直方向?yàn)?.689 GHz、參考腔為4.694 GHz[11]。經(jīng)多批零件加工測(cè)試來探索加工精度對(duì)腔體諧振頻率和Q的影響趨勢(shì),采用參考腔和位置腔獨(dú)立加工,各自指標(biāo)達(dá)到要求后整體焊接的方法,并在最終組裝焊接前、后均用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行腔體諧振頻率和Q的測(cè)試,以保證腔體批量加工的一致性。圖3、4分別為批量加工17套CBPM的諧振頻率和Q一致性的測(cè)量結(jié)果。

為減小腔體間的串?dāng)_對(duì)束流位置測(cè)量的影響,在探頭設(shè)計(jì)和加工中將水平、垂直位置腔和參考腔的諧振頻率設(shè)定得略有偏差,其頻率f分別設(shè)定:在水平方向?yàn)?.681 GHz、垂直方向?yàn)?.689 GHz、參考腔為4.694 GHz[11]。經(jīng)多批零件加工測(cè)試來探索加工精度對(duì)腔體諧振頻率和Q的影響趨勢(shì),采用參考腔和位置腔獨(dú)立加工,各自指標(biāo)達(dá)到要求后整體焊接的方法,并在最終組裝焊接前、后均用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行腔體諧振頻率和Q的測(cè)試,以保證腔體批量加工的一致性。圖3、4分別為批量加工17套CBPM的諧振頻率和Q一致性的測(cè)量結(jié)果。圖4 Q一致性測(cè)量結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]自由電子激光裝置數(shù)字化束流位置信號(hào)處理器研制及應(yīng)用[J]. 賴龍偉,冷用斌,閻映炳,陳方舟,陳健,周偉民,張寧.  核技術(shù). 2018(07)
[2]上海光源數(shù)字化束流位置信號(hào)處理器測(cè)試平臺(tái)研制[J]. 陳方舟,賴龍偉,閻映炳,冷用斌.  核技術(shù). 2017(11)
[3]Implementation and integration of a systematic DBPM calibration with PLL frequency synthesis and FPGA[J]. 孫旭東,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)



本文編號(hào)：3293187