一種測量粒子加速器束流到達時間的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及加速器物理束流診斷領域，尤其設及一種測量粒子加速器束流到達時 間的方法。
【背景技術】
[0002] X射線自由電子激光裝置作為一種常見的粒子加速器，束流到達時間的測量是其 關鍵的技術問題之一。為了提高外種子型自由電子激光裝置中由電子槍產生的電子束團與 激光發(fā)生器產生的種子激光脈沖在Ξ維實空間中的重合程度，需要精確測定電子束團到達 時間，并W此時間為基準來調整激光脈沖的時序，從而實現(xiàn)二者在束流運動方向上（時間 上）的重合，要求到達時間的測量分辨率達到百fs量級甚至更高。另外，束團縱向相位(到達 時間）的變化在同步福射光源高性能運行中也是一個不可忽視的問題，當縱向不穩(wěn)定性較 強時會直接影響到流強、壽命、光源點穩(wěn)定性等多個束流參數(shù)，降低供光品質。
[0003] 目前，常用的超高分辨率束流到達時間測量方法包括：電光采樣法和射頻相位腔 法。其中，電光采樣法利用寬帶可達數(shù)十GHz的射頻探頭禪合到的束流信號對超短基準時鐘 激光脈沖強度進行調制，通過檢測調制后的激光脈沖強度來獲得束流到達時間信息；該方 法采用的系統(tǒng)結構相對復雜，需要將基準激光脈沖信號引入加速器隧道，調試及優(yōu)化相對 比較困難。而射頻相位腔法則利用腔式束流探頭(工作頻率通常為G化量級)直接禪合出攜 帶束流到達時間信息的窄帶信號，通過混頻器件將該窄帶信號與由本振信號源產生的射頻 參考信號混頻后輸出中頻信號，該中頻信號的相位即反映了束流信號與參考信號之間的相 對時間關系;然而，該射頻相位腔法需要提供穩(wěn)定的射頻參考信號，但運種射頻參考信號通 常易受環(huán)境溫度影響，而引入測量誤差，從而無法準確獲得束流到達時間。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種測量粒子加速器束流到 達時間的方法，W提高測量分辨率，并簡化用于測量的系統(tǒng)的結構。
[0005] 本發(fā)明所述的一種測量粒子加速器束流到達時間的方法，其包括W下步驟：
[0006] 步驟S1，提供具有用于產生電子束的電子槍和用于產生種子激光的激光發(fā)生器的 自由電子激光裝置，在所述電子槍的出口處安裝第一腔式探頭作為基準相位腔，并在所述 電子束與所述種子激光的交匯處安裝第二腔式探頭作為測量相位腔，其中，所述第一腔式 探頭和第二腔式探頭被設置為各自輸出的TM010模共模信號之間的頻率差為0~lOOMHz;
[0007] 步驟S2,將所述第一腔式探頭輸出的TM010模共模信號與所述第二腔式探頭輸出 的TM010模共模信號進行混頻，并將混頻后的信號進行低通濾波及放大；
[000引步驟S3,對經過所述步驟S2獲得的信號進行同步數(shù)字化采樣；W及
[0009] 步驟S4,對經過所述步驟S3采樣的信號進行數(shù)字信號處理，W提取束流相位，并通 過該束流相位計算獲得束流到達時間。
[0010] 在上述的測量粒子加速器束流到達時間的方法中，所述步驟S2由一射頻信號處理 前端實現(xiàn)，該射頻信號處理前端包括:一用于將所述第一腔式探頭輸出的TMOlO模共模信號 與所述第二腔式探頭輸出的TM010模共模信號進行混頻的混頻器件、一與所述混頻器件連 接并用于將混頻后的信號進行低通濾波的低通濾波器W及一與所述低通濾波器連接并用 于將濾波后的信號進行放大的放大器。
[0011] 在上述的測量粒子加速器束流到達時間的方法中，所述低通濾波器被設置為其帶 寬大于所述第一腔式探頭和第二腔式探頭各自輸出的TM010模共模信號之間的頻率差。
[0012] 在上述的測量粒子加速器束流到達時間的方法中，所述放大器的輸出端還設置有 一福射屏蔽墻。
[0013] 在上述的測量粒子加速器束流到達時間的方法中，所述步驟S3包括采用一數(shù)據(jù)采 集器并通過該數(shù)據(jù)采集器接收一采樣基準時鐘信號，對經過所述步驟S2獲得的信號進行同 步數(shù)字化采樣。
[0014] 在上述的測量粒子加速器束流到達時間的方法中，所述步驟S4包括采用一與所述 數(shù)據(jù)采集器連接的信號處理器并通過該信號處理器接收所述采樣基準時鐘信號，對經過所 述步驟S3采樣的信號進行數(shù)字信號處理，W提取束流相位，并通過該束流相位計算獲得束 流到達時間。
[0015] 由于采用了上述的技術解決方案，本發(fā)明利用安裝在不同位置處的兩個腔式探頭 測量束流經過兩探頭的相位差，表征了束流到達時間；兩探頭可W直接在加速器隧道內進 行混頻并低通濾波，不需要射頻相位腔法所需的參考基準時鐘，解決了遠距離傳輸射頻信 號導致的衰減和對室內外溫差敏感引入的測量誤差問題。同時，兩個腔式探頭輸出信號的 相位差固定，也解決了本振源鎖相問題。另外，本發(fā)明也不需要光電采樣法所需復雜的光電 調整解調模塊。
【附圖說明】
[0016] 圖1是實現(xiàn)本發(fā)明的一種測量粒子加速器束流到達時間的方法的系統(tǒng)結構原理 圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予W詳細描述。
[0018] 首先對本發(fā)明的基本原理進行介紹：
[0019] 腔式探頭(例如腔式BPM)因其nm級的位置分辨率被應用在自由電子激光裝置波蕩 器部分進行束流位置測量。腔式探頭輸出的共模TM010信號的幅度不受束流位置影響，只與 束流流強幅度有關，且性噪比可W達到100地W上，可用于束流流強測量。
[0020] 腔式探頭的輸出的TM010模共模信號Wt)的表達式如下：
[0021]
[0022] 其中，k是探頭感應信號比例因子，A是束流流強幅度，與是束流經過腔式探頭時輸 出信號的相位，τ是信號衰減時間，f是腔式探頭的工作頻率，一般為數(shù)G化。
[0023] 將兩個腔式探頭輸出的TM010模共模信號V(t)進行混頻和低通濾波后可獲得如下 信號：
[0024]
[00巧]其中，兩個腔式探頭的相位差為取1 -巧2。
[0026] 因此，如果將兩個腔式探頭分別置于基準位置處和待測位置處，則通過測量束流 經過兩探頭時輸出信號混頻之后的相位差，就可測量運兩個位置處的時間差。
[0027] 基于上述原理，如圖1所示，本發(fā)