浅谈相位基于条纹相机束流测量系统研制及其相关结论

论文导读：
摘要：在国内外的加速器装置和束流测量与诊断技术中,条纹相机发挥了极其重要的作用。本论文研制的基于条纹相机的束流测量系统为在合肥光源电子储存环上进行各种加速器物理探讨提供了有效的手段和探讨平台,利用该系统进行了一系列的实验探讨。介绍了合肥光源条纹相机的各种工作方式的工作原理,包括聚焦方式、单轴扫描方式和双轴扫描方式,详细描述了条纹相机软硬件配置。进行了条纹相机前端光学系统设计和研制。根据同步光的亮度,在高流强时,基于透镜组进行像差校正和光束聚焦并利用窄带滤光片使输出光束单色化,设计了高流强测量光学系统；在低流强时,为增强条纹相机的输入光亮度,采取扩大输入光谱范围,提出基于反射光学案例消除色散效应,设计了低流强测量光学系统。为了实现以运转的多束团中选取单个束团的功能,提出基于普克尔斯效应设计了光脉冲选取系统,为实现逐束团测量、准确观测束流不稳定性和束流势阱扭曲提供了有效手段。为了观测束团的三维尺寸,基于杜夫棱镜的特性设计了束团横向尺寸测量光学系统。进行了条纹相机光功率制约系统的研制。采取光功率探测器探测条纹相机的输入光功率；根据测量需要,利用中性密度滤光片制约光功率大小；采取电控位移台制约光功率探头和中性密度滤光片在光束通道中的位置。基于网络和光纤设计了上位机与该系统中设备的通讯,增强了系统在强电磁环境中的抗干扰性。进行了条纹相机时序制约系统研制。为了保证同步性,各子系统的时钟触发信号均是以高频信号分频获得。为满足幅度要求,采取了宽带放大器、衰减器和功分器制约时钟触发信号的大小。为实现逐束团测量,研制了触发脉冲延迟的电子学电路。对时序制约系统的性能进行了测试,结果表明各时钟触发信号满足整个条纹相机测量的要求。介绍了基于条纹相机测量的相关论述,包括束流尾场、耦和阻抗、势阱效应、纵向微波不稳定性以及由于高频腔和壁阻抗引起的束流不稳定性。根据势阱效应对束团分布的影响,得到环阻抗分别为纯电感和纯电阻时的束团纵向分布的数学模型,通过模拟计算得到合肥光源束团纵向分布与电感和电阻的联系式；给出了束团发生纵向不稳定性时各种振荡方式的物理图像；介绍了高频相位调制对束流纵向动力学以及束流寿命的影响,给出了高频调制时的束流运动方程,进而得到在不同调制频率时束团纵向动力学图像；浅析了高频调制对束团分布和束流寿命的影响。这些论述为基于条纹相机测量系统的相关实验探讨奠定了基础。利用研制的基于条纹相机束流测量系统进行了相关实验探讨。分别在单束团和多束团运转方式下,进行了束团长度拉伸效应的探讨、束团长度随腔压变化联系的探讨、束团势阱扭曲效应的观测以及纵向振荡观测的实验探讨。根据束团长度拉伸规律计算出合肥光源低频纵向宽带耦合阻抗；根据束团势阱扭曲效应计算出纵向宽带耦合阻抗中的电阻性阻抗；在国内首次采取对束团振荡图像进行快速傅里叶变换(FFT)的策略同步获取束团振荡的频率信息,验证束团的纵向振荡方式。进行了高频相位调制对多束团纵向动力学和束团寿命影响的实验探讨,实验表明,高频相位调制引起束团内部粒子纵向分布发生变化并延长了束流寿命。进行了束团横向尺寸的测量。最后介绍了条纹相机在激光脉冲整形测量方面的运用探讨。本课题由国家自然科学基金项目(11175173)和科学院革新项目支持。关键词：条纹相机论文光学成像论文光脉冲选取论文时序制约论文势阱效应论文宽带阻抗论文纵向振荡论文快速傅里叶变换论文高频相位调制论文
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Abstract7-9
目录9-13
第一章 绪论13-23

1.1 探讨目的13

1.2 国内外探讨近况13-21

1.2.1 束团长度测量15-16

1.2.2 势阱效应观测16-17

1.2.3 束团长度与高频腔压联系探讨17

1.2.4 高频相位调制对束团纵向运动及束流寿命的影响17-19

1.2.5 纵向不稳定性观测19-20

1.2.6 束团横向尺寸测量20

1.2.7 自由电子激光特性的测量20-21

1.3 探讨内容和革新点21-23

1.3.1 探讨内容21

1.3.2 革新点21-23

第二章 HLS条纹相机23-37
2.1 条纹相机工作原理23论文导读：-1235.5.1探讨内容1165.5.2测量原理116-1175.5.3硬件组成117-1195.5.4系统软件1195.5.5测量结果119-1225.5.6总结122-123第六章结论与展望123-1256.1结论123-1246.2展望124-125参考文献125-131附录131-135致谢135-137在攻读博士学位期间发表的论文137-138上一页12
-26
2.

1.1 条纹相机各部分功能介绍23-24

2.

1.2 条纹相机工作方式及工作原理24-26

2.2 HLS条纹相机硬件组成26-30

2.1 主单元27-28

2.2 输入光学单元28-29

2.3 扫描单元29

2.4 读出单元29-30

2.5 远端制约单元30

2.3 HLS条纹相机制约软件30-32

2.4 HLS条纹相机系统误差32-37

2.4.1 与条纹相机性能相关误差32-34

2.4.2 测量方式对测量精度的影响34-36

2.4.3 总结36-37

第三章 基于条纹相机的束流测量系统的研制37-79

3.1 前端光学系统的研制37-57

3.

1.1 高流强测量光学系统37-44

3.

1.2 低流强测量光学系统44-48

3.

1.3 光脉冲选取系统48-55

3.

1.4 束团横向尺寸测量光学系统55-56

3.

1.5 总结56-57

3.2 光功率制约系统的研制57-64
3.

2.1 案例调研57-58

3.

2.2 系统组成58-59

3.

2.3 通讯单元59-61

3.

2.4 光功率监测和制约单元61-64

3.

2.5 电移台制约单元64

3.

2.6 总结64

3.3 时序制约系统的研制64-79

3.1 案例调研65-66

3.2 系统组成66-74

3.3 性能测试74-77

3.4 总结77-79

第四章 基于条纹相机测量的相关论述79-93

4.1 束流尾场和耦合阻抗79-81

4.

1.1 束流尾场79-80

4.

1.2 耦合阻抗80-81

4.2 势阱效应和纵向微波不稳定性81-86
4.

2.1 势阱效应81-82

4.

2.2 势阱效应对束团分布的影响82-85

4.

2.3 纵向微波不稳定性85-86

4.3 束流纵向不稳定性86-89
4.

3.1 稳定束团的信号87

4.

3.2 相位调制后的信号87-88

4.

3.3 纵向振荡时的束团信号88

4.

3.4 纵向振荡方式的物理图像88-89

4.4 高频相位调制89-93

4.1 高频相位调制对束流纵向动力学的影响90-91

4.2 高频相位调制对束流寿命的影响91-93

第五章 基于条纹相机的束流测量系统的实验探讨93-123

5.1 单束团实验93-103

5.

1.1 束长拉伸效应的观测94-95

5.

1.2 束团势阱扭曲效应观测95-99

5.

1.3 束长与腔压联系实验99-100

5.

1.4 束流纵向振荡的观测100-103

5.2 多束团实验103-110
5.

2.1 束长拉伸效应的观测103-104

5.

2.2 束长与腔压联系实验104-105

5.

2.3 束团不均匀性的观测105-106

5.

2.4 束流纵向振荡的观测106-110

5.3 高频相位调制实验110-114
5.

3.1 实验装置110

5.

3.2 实验结果110-114

5.

3.3 总结114

5.4 束团横向尺寸的测量114-116
5.

4.1 硬件组成114-115

5.

4.2 测量结果115-116

5.5 在激光测量中的运用116-123

5.1 探讨内容116

5.2 测量原理116-117

5.3 硬件组成117-119

5.4 系统软件119

5.5 测量结果119-122

5.6 总结122-123

第六章 结论与展望123-125

6.1 结论123-124

6.2 展望124-125

参考文献125-131
附录131-135
致谢135-137
在攻读博士学位期间发表的论文137-138