[發明專利]基于分裂環諧振器的電子束團長度測量裝置、方法及系統

在審

• 申請號: 202310236199.7
• 申請日: 2023-03-13
• 公開（公告）號: CN116592801A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 樊寬軍;漆鴻;李小飛;殷小東;雷民;鮑進;劉強
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國家電網有限公司;中國電力科學研究院有限公司;國網江蘇省電力有限公司營銷服務中心;國網江西省電力有限公司供電服務管理中心
• 主分類號: G01B15/00
• 分類號: G01B15/00;G01B11/02
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 劉愛麗

本發明公開了種基于分裂環諧振器的電子束團長度測量裝置、方法及系統，利用光柵使目標電子束團輻射產生太赫茲THz脈沖串；利用束團偏轉設備對所述目標電子束團進行偏轉和壓縮處理，以獲取經過處理的目標電子束團，并傳輸至分裂環諧振器；利用光學傳輸設備將所述THz脈沖串傳輸至分裂環諧振器；利用所述分裂環諧振器基于所述THz脈沖串的激勵在其間隙獲取條紋電場，使所述經過處理的目標電子束團在經過其間隙時產生橫向的偏轉量；利用探測器對所述橫向的偏轉量進行測量，獲取橫向束團長度；基于所述橫向束團長度獲取所述目標電子束團的縱向束團長度。本發明克服了由分裂環諧振器的條紋電場不夠強而導致束團長度的測量分辨率受限的問題。

技術領域

本發明涉及核科學與技術領域，并且更具體地，涉及一種基于分裂環諧振器的電子束團長度測量裝置、方法及系統。

背景技術

硬X射線自由電子激光、超快電子衍射和超快電子顯微的發展為物理、化學、材料、生命科學的超快動力學行為研究提供強有力的手段。其中，電子束團長度是一個重要的指標，決定裝備的時間分辨率的性能。因此，準確地測量電子束團長度是超快探測和實驗數據分析的基礎。

通常應用射頻(Radio?Frequency，RF)技術，把電子束團的縱向通過RF偏轉腔與橫向耦合實現縱向長度測量。由于偏轉腔的RF激勵源的不穩定，導致RF電磁場與待測電子束之間的相位抖動，其時間分辨率僅能達到100fs量級。此外，RF偏轉腔本身需要占用束線一部分位置，在緊湊型的裝置中很難實現。

近年來，利用THz驅動分裂環諧振器(Split-Ring?Resonator,SRR)產生高梯度偏轉電場，理論上可實現fs級分辨率的束團長度測量，也得到了初步驗證。在該方案中，同一飛秒激光被分為兩束，一束通過LiNbO₃晶體產生激勵SRR的THz脈沖，另一束則用于照射RF電子槍的光陰極來產生電子束。雖然THz偏轉電場和被測電子束來源于同一激光，但是電子束在電子槍中經歷RF場加速，不可避免地引入相位抖動，造成不同步，限制測量的分辨率。此外，SRR間隙中THz偏轉電場梯度對測量的分辨率有著極大的影響，需要高能量的單脈沖激光來實現高分辨率測量，限制了其應用。

因此，需要一種基于分裂環諧振器的電子束團長度測量裝置和方法。

發明內容

本發明提出一種基于分裂環諧振器的電子束團長度測量裝置、方法及系統，以解決如何準確地測量電子束團長度的問題。

為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供了一種基于分裂環諧振器的電子束團長度測量裝置，所述裝置包括：光柵、束團偏轉設備、光學傳輸設備、分裂環諧振器和探測器；其中，

所述光柵，和所述束團偏轉設備相連接，用于使目標電子束團基于史密斯-帕塞爾效應Smith-Purcell輻射產生太赫茲THz脈沖串；

所述束團偏轉設備，和所述分裂環諧振器相連接，用于對所述目標電子束團進行偏轉和壓縮處理，以獲取經過處理的目標電子束團，并傳輸至所述分裂環諧振器；

所述光學傳輸設備，分別與所述光柵和分裂環諧振器相連接，用于將所述THz脈沖串傳輸至所述分裂環諧振器；

所述分裂環諧振器，與所述探測器相連接，用于基于所述THz脈沖串的激勵在其間隙獲取條紋電場，使所述經過處理的目標電子束團在經過其間隙時產生橫向的偏轉量；

所述探測器，用于對所述橫向的偏轉量進行測量，獲取橫向束團長度，以基于所述橫向束團長度獲取所述目標電子束團的縱向束團長度。

優選地，其中所述裝置還包括：在光柵的腔室出口處配置的濾波片和反射鏡；

其中，所述濾波片，用于對所述THz脈沖串進行頻率選擇，以使得所述THz脈沖串的中心頻率與分裂環諧振器的諧振頻率一致；