高能激光发射系统光束监测与装调的新方法

高能激光束能量高,波长较长,无法用常规的光电探测器进行接收。为了实现高能激光发射系统中激光束的监测和系统的快速高精度装调,采用间接测量的方法,将激光束的监测转换为激光谐振腔出射镜的监测,并且通过使用光路切换镜,用He-Ne激光束代替高能激光束来完成整个系统的装调。对光束监测系统、装调辅助系统、靶标镜以及光路切换镜等辅助设备的工作原理和使用方法做了简单的介绍。为考察方法的有效性,结合CO2激光发射系统进行了精度分析。结果表明,使用本方法装调后,光轴平行度误差可达到15.9″,满足设计指标的20″。

双丝型同步辐射光束位置监测器的参数设计

双丝型同步辐射光束位置监测器(PBPM)基于光电子发射原理,通过光敏丝探测同步辐射的强度。在扫描模式下可以方便地获得光束的强度分布情况,在静止状态时则可以通过两根丝上光电流大小的相对变化对同步辐射光束的位置进行实时监测。本文介绍了这种双丝型PBPM的原理、设计、参数优化及误差分析,及其在北京同步辐射装置上的应用情况。

一种双楔片型同步辐射光束位置监测器的物理设计

对同步辐射光源不稳定性的监测一直是北京同步辐射装置(BSRF)在运行中急需的技术手段。随着北京正负电子对撞机升级改造工程的不断推进,光源的性能得到了很大提高,对光源不稳定性的监测也提出了更高的要求。一种双楔片型的同步辐射光束位置探测器在北京同步辐射装置上得到发展,并在前端区安装和使用。它可以有效监测同步光束位置的10μm级的变化,为降低光源不稳定性、提高数据质量提供了依据。本文详细描述了双楔片型同步辐射光束位置监测器的设计原理、参数优化以及误差分析,并介绍了这种监测器在BSRF的应用情况。

可见光波段多路激光合束及闭环校正技术研究

为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正,设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先,根据系统的应用需求,提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后,在合束方案的基础上,建立了合束系统的光束控制模型,并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法。闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测,并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算;进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节。最后,采用两路不同波长的激光束,配合光束监测与调节装置,搭建了闭环合束模拟实验平台,对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证。实验结果表明:在长时间的工作过程中,两路激光均实现了与基准光路的精密合束,合束指向精度优于±7μrad,位置精度优于±0.84 mm。本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势,而且可实现激光束的周期性闭环校正,能够有效保证合束激光的长期工作稳定性。

北京同步辐射1W2B生物大分子束线双丝型BPM实时跟踪监测系统

同步辐射光束位置稳定性对光束强度至关重要,直接会影响到实验数据的质量,因此需要在实验过程中对光束位置进行实时监测.在同步辐射光束线上一般会使用双丝型的光束位置监测器(beam position monitor,BPM)扫描光束,获得光束的截面分布,同时在固定位置的双丝会对光束位置进行静态的实时监测.但是这种监测方式对于入射光束分布有特殊的要求,当光束较大地偏离原有位置时会对双丝BPM造成损伤的危险.北京同步辐射1W2B生物大分子实验站通过采用双丝型BPM实时动态跟踪监测方式,有效地解决了常规监测方式带来的光束分布和光敏丝损伤问题,为实验光束的稳定性研究提供了基础.

基于分束比监测法的激光能量计校准原理研究

激光能量计是一种应用非常广泛的设备,其量值准确与否直接影响医疗安全、产品质量与装备作战效能。本文对激光能量计校准的直接测量法与比对测量法进行了分析,对主要误差来源进行了讨论。为减小激光能量计校准的误差,提出了基于分束比监测法的校准方法,深入的分析了该校准原理。通过对分束比监测法的不确定度来源进行分析,对测量不确定度进行评定,该方法基本排除了激光器稳定性引入的不确定度,基于该方法设计的校准装置测量不确定度能达到U=1.2%(k=2)。

采用四象限探测器的光斑中心定位算法

为提高激光发射系统的监测精度,提出了一种基于四象限探测器的光斑中心定位算法,首先采用均匀分布的椭圆模型对光斑进行分析,根据四象限探测器工作原理,通过计算椭圆形光斑在四象限探测器上各对应区域所占面积进而推导光斑中心坐标表达式,然后采用解析几何的方法求取椭圆光斑的长轴与短轴,最后搭建四象限监测系统对算法进行实验验证;结果表明,所提算法能有效提高四象限探测器的光束监测精度,较传统方法精度提高21.3%。

上海光源硬X射线光束在线监测

设计了一种基于荧光成像的X射线光束在线监测装置,用于上海光源硬X射线光束的实时在线监测。相较于现有位置监测器和气体电离室,该装置能实现2 kHz高速采集,具有实时监测光束位置、通量、尺寸以及重建入射光波前相对变化量的功能,且不会影响下游实验开展。该装置可用于光学器件和实验位置反馈,在超长和微纳聚焦光束线站将有很好的应用。在上海光源时间分辨超小角散射线站的USAXS和微聚焦SAXS实验站利用该装置开展在线监测实验,采集并分析了常用实验帧率下的光束稳定性数据,得到了该线站光束位置、通量、尺寸分布的时频域信号和入射波前的相对变化情况,验证了该装置的可行性。

Application of a novel detection approach based on non-dispersive infrared theory to the in-situ analysis on indicator gases from underground coal fire

Coal mine fires,which can cause heavy casualties,environmental damages and a waste of coal resources,have become a worldwide problem.Aiming at overcoming the drawbacks,such as a low analysis efficiency,poor stability and large monitoring error,of the existing underground coal fire monitoring technology,a novel monitoring system based on non-dispersive infrared(NDIR)spectroscopy is developed.In this study,first,the measurement principle of NDIR sensor,the gas concentration calculation and its temperature compensation algorithms were expounded.Next,taking CO and CH_(4) as examples,the liner correlation coefficients of absorbance and the temperature correction factors of the two indicator gases were calculated,and then the errors of concentration measurement for CO,CO_(2),CH_(4) and C_(2)H_(4) were further analyzed.The results disclose that the designed NDIR sensors can satisfy the requirements of industrial standards for monitoring the indicator gases for coal fire hazards.For the established NDIR-based monitoring system,the NDIRbased spectrum analyzer and its auxiliary equipment boast intrinsically safe and explosion-proof performances and can achieve real-time and in-situ detection of indicator gases when installed close to the coal fire risk area underground.Furthermore,a field application of the NDIR-based monitoring system in a coal mine shows that the NDIR-based spectrum analyzer has a permissible difference from the chromatography in measuring the concentrations of various indicator gases.Besides,the advantages of high accuracy,quick analysis and excellent security of the NDIR-based monitoring system have promoted its application in many coal mines.