RF横向偏转腔法束团长度测量中用双脉冲束团定标的实验研究

RF deflector is a mature bunch longitudinal length measurement. But, the bunch length calculation depends on calibration of several parameters, which will induce measurement error. The project will study of using double pulses bunch to calibrate the RF deflector in the bunch length measurement, which to avoid the dependence of those parameters calibration. To get the double pulses laser, the drive laser is divided into two beams, and then they are recombined after passing through different delays. When the double pulses laser incident on the photocathode of the electron gun, the electron bunch generated by the gun will also have the double pulses structure. The interval of the two pulses could be controled and measured by optics method with fs magnitude resolving precision and sub-ps magnitude measuring accuracy. When the double pulses bunch pass through the RF deflector, the bunch will be deflected. And at the downstream profile station, the transverse profile of the bunch will show two peaks. The distance of the two peaks on the image is corresponding to the interval of the double pulses. By analysis the relation of the distance and the interval, one could complete the calibration of the RF deflector in the bunch length measurement. This new-fashioned calibrating method is more direct, and simpler than the traditional calibration method. It could reduce measurement error of the bunch length measurement.

RF横向偏转腔法测量束团纵向长度的手段已经相对成熟，但是，由束流截面靶上得到的束团尺寸计算出束团纵向长度，需依赖于对多个相关参数的标定，这就带来了各种误差。本项目拟利用人为制造的双脉冲束团结构完成标定，从而避免原方法对多个参数的依赖性。将光阴极驱动激光分束、延迟、再合并产生双脉冲激光，两个激光脉冲作用在电子枪中的阴极上，将经过相同的过程产生有相同时间结构的电子束团。激光脉冲的时间间隔利用光学延迟的方法控制并测量，控制分辨精度能达到fs量级，测量位置精度很容易达到亚ps量级。该特殊结构的束团经过偏转腔后，在偏转腔下游获得具有双脉冲结构的横向截面图像，通过分析，得到图像距离与时间间隔的对应关系，实现对RF横向偏转腔测量束团纵向长度的标定。与偏转腔传统标定方法相比，这种新型标定方法更直接、更简单，从而减少了测量误差。

电子加速器技术在发展中日臻成熟，高能对撞机、同步辐射光源、自由电子激光等为科学研究提供了重要工具，也对电子束的束流品质提出了越来越高的要求，获得亚皮秒量级超短脉冲高流强相对论电子束团已成为先进加速器技术的发展方向之一，因此具有亚皮秒甚至飞秒量级时间分辨率的电子束团长度测量成为电子束团诊断的关键技术。其中，RF 横向偏转腔法测量束团纵向长度的手段已经相对成熟，但是，利用RF 横向偏转腔测量束团纵向长度时需要一系列的标定工作：偏转电压的标定、零相位点的确定和截面靶的标定等，较为繁琐，而且这种间接获得束团纵向长度与横向截面关系的方法也必然会引入测量误差。本项目利用光学方法获得具有相邻双脉冲结构的驱动激光，激发光阴极电子枪，获得在时间上具有双脉冲结构的电子束团，以此完成对偏转腔的标定，从而避免原方法对多个参数的依赖性。.研究工作首先实验了利用双折射晶体和可变延迟光纤耦合器产生双脉冲结构激光，并利用光学延迟的方法测量，控制分辨精度能达到fs 量级，测量位置精度可达到亚ps 量级；完成了偏转腔的设计、加工和检测；完成了三工位截面靶的设计加工和在束流线上的安装。由于500kV直流高压电子枪实验平台尚未出束，因此，获得双脉冲束团及标定偏转腔的实验尚未开展。这一工作将会在后续研究中继续完成。