博士论文-XFEL飞秒级定时信号稳相传输系统研究

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题名	博士论文-XFEL飞秒级定时信号稳相传输系统研究
作者	马新朋
学位类别	博士
答辩日期	2012
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	裴国玺
关键词	X射线自由电子激光飞秒定时与同步数字鉴相器光纤稳相传输光学互相关
学位专业	核技术及应用
中文摘要	X射线自由电子激光（XFEL）做为第四代光源的代表，其峰值亮度高于同步辐射光源109倍，空间和时间上为全相干，可产生小于100fs的超短X射线脉冲，波长覆盖50nm - 0.1nm范围，为科学研究提供了前有未有的探测能力。我国也已经启动XFEL的研究工作，并同意在上海光源（SSRF）园区建造一条软X射线自由电子激光（SXFEL）装置。XFEL装置上的科学实验和装置原理要求在500m范围内实现多路飞秒脉冲激光、多种频率微波信号及百飞秒长电子束之间的严格时间同步，点对点精度须达到10fs水平。所以研制一套飞秒级信号定时与同步系统成为装置稳定运行的关键。; 本论文分析了XFEL对飞秒定时与同步系统的多种需求，跟踪调研了国际上已有的飞秒定时与同步系统方案。结合SXFEL 装置采用高增益高次谐波（HGHG）工作模式，确定了采用基于飞秒锁模脉冲光纤激光器和单模光纤的方案。该方案由MIT提出，并成功运行于DESY的FLASH装置上，主要技术路线包括光学主振荡器输出飞秒脉冲沿百米长单模光纤稳相传输，输出末端与低相噪射频信号以及飞秒脉冲固态激光器之间锁相，短期抖动和长期慢漂均可达到10fs以内。论文首先对光纤传输飞秒激光脉冲过程的长期慢漂问题做了较深入研究，提出了基于数字中频法检测传输过程相位变化的方法，鉴相精度达到60fs(rms)，并与直接混频到直流的鉴相方法做了对比，结果显示前者测量精度好于后者。中频鉴相器采用了数字I/Q采样，在现场可编程门阵列器件（FPGA）中实现数字下变频、数字滤波和I/Q到相位幅度参量的计算等。光电探测器（PD）在光电转换并进行鉴相实验时会将输入激光幅度噪声转换为输出信号的相位抖动，因此用两种鉴相方法分别测量了光电探测器的幅度-相位转换系数，结果显示不同探测器的转换系数差异较大，存在一个输入功率点使转换系数最小，且探测器偏压越高转换系数越小。; ; 电子学鉴相受到器件带宽限制其鉴相精度最高只能达到20fs(rms)，若要实现2fs(rms)水平必须采用光学互相关方法进行光学鉴相。论文中对可降低幅度噪声和环境敏感度的平衡光学互相关法理论和实验开展了初步研究，搭建了光学实验平台。此外利用现有条件对脉冲激光-射频信号间转换和同步问题做了初步的研究。; ; 论文在已有实验条件基础之上，着眼于光纤稳相传输中的电子学与光学鉴相手段以及激光-射频同步的研究，对未来SXFEL 装置上飞秒定时与同步系统做了系统级的规划以及确定子系统技术上的解决方案，为中国的XFEL装置的飞秒定时与同步系统的实现奠定技术基础。
语种	中文
学科主题	核技术及应用
公开日期	2016-02-25
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209902]
专题	加速器中心_学位论文和出站报告高能物理研究所_加速器中心
作者单位	中国科学院高能物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	马新朋. 博士论文-XFEL飞秒级定时信号稳相传输系统研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.