一种基于单谐振腔的束团长度测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，该装置包括：矩形双模谐振腔，连接在束流管道上，能同时产生TM310模式和TM130模式的谐振信号；两个同轴探针，插设在矩形双模谐振腔上，能将该矩形双模谐振腔内不同频率的电磁场信号互不干扰地耦合输出；调节式金属微扰体，插设在矩形双模谐振腔上，能微调该矩形双模谐振腔的谐振频率。该测量装置由于直接测量同一谐振腔的多个特征模式即可得到束团长度和束流流强，减少了所需谐振腔的数量，实现了束流诊断设备的小型化，节省了系统成本，由于能将两种模式的信号互不干扰地耦合出来，避免了两个谐振腔之间信号互相干扰的问题，提高了系统信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单谐振腔的束团长度测量装置
本技术涉及直线加速器束流测量与诊断领域，特别涉及一种矩形双模谐振腔式束团长度测量装置。
技术介绍
目前，直线加速器束团长度的测量方法很多，其中，对于高品质束流源来说，基于谐振腔的束团长度测量方法实现相对方便，适用范围较广，且能够提供较大幅度和较高信噪比的信号，是较有潜力的束团长度测量手段。当束流经过谐振腔时，将在谐振腔内部激励起本征模式。其中某一个模式的功率表达式可以表示为：其中，I为谐波电流流强，R为该模式的分路阻抗，I0为基波流强，ω是该模式的工作频率，στ为束团长度。P和R均由实测得到。由于式中存在基波流强I0和束团长度στ两个未知量，故而目前的谐振腔式束团长度测量系统至少要由两个不同工作频率ω的谐振腔组成，联立两腔输出功率的方程才能求解出束团长度。但是，两个谐振腔占用较大空间，使得测量系统的复杂程度很高，同时两腔的电磁场之间互相耦合干扰，降低了系统信噪比。本技术在国家自然科学基金面上项目11575181、国家自然科学基金面上项目11375178、国家重点研发计划项目“X射线自由电子激光原理和关键技术研究”2016YFA0401900和“XFEL关键技术研究”课题2016YFA0401903、中央高校基本科研业务费专项资金WK2310000046支持下开展了相应研究。
技术实现思路
基于现有技术所存在的问题，本技术的目的是提供一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，其紧凑简单且信噪比高，克服现有的束团长度测量装置中两个谐振腔占用较大空间，系统复杂程度高，以及两腔信号互相耦合干扰导致信噪比下降的问题。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：本技术实施方式提供一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，包括：矩形双模谐振腔，设在束流管道上，该矩形双模谐振腔的腔体内与束流管道连通，能同时产生TMn10模式和TM1n0模式的谐振信号，其中n为奇数；两个同轴探针，插设在所述矩形双模谐振腔上，能将该矩形双模谐振腔内不同频率的电磁场信号互不干扰地耦合输出；调节式金属微扰体，插设在所述矩形双模谐振腔上，能微调该矩形双模谐振腔的谐振频率。由上述本技术提供的技术方案可以看出，本技术实施例提供的基于单谐振腔的束团长度测量装置，其有益效果为：通过在采用一个矩形双模谐振腔，并在其上分别设置两个同轴探针和调节式金属微扰体，使得一个矩形双模谐振腔能产生两种谐振模式，并无干扰的分别输出两种谐振模式的信号，实现了直接测量同一谐振腔的多个特征模式即可得到束团长度和束流流强，减少了所需谐振腔的数量，实现了束流诊断设备的小型化，节省了系统成本。通过两个探针不同安放位置使同一个谐振腔内两种谐振模式的信号互不干扰地耦合输出，解决了传统方法中两个谐振腔之间信号互相干扰的问题，提高了系统信噪比。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1是本技术实施例提供的针对红外自由电子激光的束团长度测量系统框图；图2是本技术实施例提供的依照矩形双模谐振腔形状建立的直角坐标系；图3a是本技术实施例提供的基于单谐振腔束团长度测量装置的三维结构示意图、图3b是本技术测量装置的正视图、图3c是本技术测量的后视图、图3d是本技术测量的俯视图、图3e是图3b中测量装置的A-A断面图、图3f是本技术测量装置的左视图、图3g是图3b中测量装置的B-B断面图；图4是本技术实施例提供的同轴探针在矩形双模谐振腔上的安放位置示意图；图5是本技术实施例提供的用仿真软件得到的矩形双模谐振腔内TM310的电场强度分布图；图6a是本技术实施例提供的矩形双模谐振腔内TM310的电场强度沿x方向分布曲线、图6b是矩形双模谐振腔内TM310的电场强度沿y方向分布曲线图7是本技术实施例提供的用仿真软件得到的矩形双模谐振腔内TM130的电场强度分布图；图8a是本技术实施例提供的矩形双模谐振腔内TM130的电场强度沿x方向分布曲线、图8b是矩形双模谐振腔内TM130的电场强度沿y方向分布曲线；图9是本技术实施例提供的调节式金属微扰体在矩形双模谐振腔上的安放位置示意图；图10本技术实施例提供的利用仿真软件得到的TM310和TM130两种模式分别处于谐振状态时对应的尺寸参数b和L的变化曲线；图11是本技术实施例提供的测量一个宏脉冲(含6000个束团)时第一同轴探针输出信号的频谱；图12是本技术实施例提供的测量一个宏脉冲(含6000个束团)时第二同轴探针输出信号的频谱。具体实施方式下面结合本技术的具体内容，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。如图1至图3g所示，本技术实施例提供一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，是一种结构简单、信噪比较高的单谐振腔束团长度测量装置，能克服现有的束团长度测量装置中两个谐振腔占用较大空间，系统复杂程度高，以及两腔信号互相耦合干扰导致信噪比下降的问题，包括：矩形双模谐振腔，设在束流管道上，该矩形双模谐振腔的腔体内与束流管道连通，能同时产生TMn10模式和TM1n0模式的谐振信号，其中n为奇数；能同时产生的主要谐振信号是TM310模式和TM130模式的谐振信号；两个同轴探针，插设在所述矩形双模谐振腔上，能将该矩形双模谐振腔内不同频率的电磁场信号互不干扰地耦合输出；调节式金属微扰体，插设在所述矩形双模谐振腔上，能微调该矩形双模谐振腔的谐振频率。上述测量装置中，矩形双模谐振腔的尺寸与谐振于2.856GHz的TM310模式的谐振频率和谐振于7.616GHz的TM130模式的谐振频率相匹配；所述调节式金属微扰体在所述矩形双模谐振腔的插入深度L与谐振于2.856GHz的TM310模式的谐振频率和谐振于7.616GHz的TM130模式的谐振频率相匹配。上述矩形双模谐振腔的尺寸为：谐振腔的长度a为341.80mm；谐振腔的宽度b为58.68mm；谐振腔的厚度c为23.00mm；所述调节式金属微扰体在所述矩形双模谐振腔的插入深度L为6.53mm。上述测量装置中，两个同轴探针分布设置在所述矩形双模谐振腔的正面上，分别与所述矩形双模谐振腔内连通；以束流通过所述矩形双模谐振腔的方向为+z方向，建立直角坐标系x，y，z，定义所述矩形双模谐振腔的长边长为a，宽边长为b，厚度为c；所述两个同轴探针中的第一同轴探针位于所述矩形双模谐振腔的正面上的A点处，A点在所述矩形双模谐振腔的正面上的坐标为：x＝a/2，y＝2b/3；所述两个同轴探针中的第二同轴探针位于所述矩形双模谐振腔的正面上的B点处，B点在所述矩形双模谐振腔的正面上的坐标为：x＝2a/3，y＝b/2。上述测量装置中，调节式金属微扰体为两个直径为1mm的伸缩式圆柱形金属螺钉，均设在所述矩形双模谐振腔未设置同轴探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，其特征在于，包括：矩形双模谐振腔，设在束流管道上，该矩形双模谐振腔的腔体内与束流管道连通，能同时产生TMn10模式和TM1n0模式的谐振信号，其中n为奇数；两个同轴探针，插设在所述矩形双模谐振腔上，能将该矩形双模谐振腔内不同频率的电磁场信号互不干扰地耦合输出；调节式金属微扰体，插设在所述矩形双模谐振腔上，能微调该矩形双模谐振腔的谐振频率。

【技术特征摘要】
1.一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，其特征在于，包括：矩形双模谐振腔，设在束流管道上，该矩形双模谐振腔的腔体内与束流管道连通，能同时产生TMn10模式和TM1n0模式的谐振信号，其中n为奇数；两个同轴探针，插设在所述矩形双模谐振腔上，能将该矩形双模谐振腔内不同频率的电磁场信号互不干扰地耦合输出；调节式金属微扰体，插设在所述矩形双模谐振腔上，能微调该矩形双模谐振腔的谐振频率。2.根据权利要求1所述的一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，其特征在于，所述矩形双模谐振腔，能同时产生的主要谐振信号是TM310模式和TM130模式的谐振信号。3.根据权利要求2所述的一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，其特征在于，所述矩形双模谐振腔的尺寸与谐振于2.856GHz的TM310模式的谐振频率和谐振于7.616GHz的TM130模式的谐振频率相匹配；所述调节式金属微扰体在所述矩形双模谐振腔的插入深度L与谐振于2.856GHz的TM310模式的谐振频率和谐振于7.616GHz的TM130模式的谐振频率相匹配。4.根据权利要求3所述的一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，其特征在于，所述矩形双模谐振腔的尺寸为：谐振腔的长度a为341.80mm；谐振腔的宽度b为58.68mm；谐振腔的厚度c为23.00mm；所述调节式金属微扰体在所述矩形双模谐振腔的插入深度L为6.53mm。5.根据权利要求1所述的一种基于单谐振腔的束团长度测量装置，其特征在于，所述两个同轴探针分布设置在所述矩形双模谐振腔的正面上，分别与所述矩形双模谐振腔内连通；以束流通过所述矩形双模谐振腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗箐，王岍，孙葆根，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34