Output coupling from x-ray free-electron laser cavities with intracavity beam splitters
透过镜通常用于将光子耦合出激光腔。提出了一种类似的方法，用于从X射线自由电子激光（XFEL）振荡器的腔中输出耦合光子。布拉格反射晶体镜之一是薄的，只有几个消光长度，并被用作渗透镜。然而，该方法通常仅限于提取腔内功率的十分之几。其他基于腔的XFEL，例如高增益再生放大器XFEL，需要更高的外耦合效率。在这里，替代方案提出和分析耦合X射线光子出XFEL腔使用腔内布拉格反射，X射线透明的金刚石晶体分束器。腔内分束器在它们能够耦合出腔的功率量方面是高效和灵活的，该功率量可以从零迅速变化到接近100%。该方案可以很容易地扩展到多波束外耦合。
2019-06-22 physics.acc-ph physics.ins-det physics.optics
Higher Order Modes In Third Harmonic Cavities at Flash
本文报道了FNAL设计和制作的3.9GHz谐振腔中的横模，如果不加以抑制，这些横模有可能引起发射度的显著稀释。最近的探针为基础的实验表明，在独立的9细胞腔预测的模式之间的显着差异相比，在4腔模块。我们采用代码HFSS来分析这些模式，耦合通过束管，其截止值高于第一偶极带。
2010-10-03 physics.acc-ph
Performance of a Downconverter Test-electronics with MTCA-based Digitizers for Beam Position Monitoring in 3.9 GHz Accelerating Cavities
在欧洲XFEL上，计划使用3.9GHz加速腔中的束流激发高阶模（HOM）来监测束流位置。所选的HOM位于5440 MHz附近，带宽为100 MHz和9060 MHz，带宽为50 MHz。一个下变频器电子，建立在闪存测试，转换的HOM到70 MHz的中频。MTCA（微型电信计算架构）标准将用于XFEL。因此，使用MTCA数字转换卡SIS 8300对下变频器测试电子设备进行性能研究非常重要。该数字转换器采用108 MS/s的时钟频率对70 MHz的中频进行欠采样。本文介绍了数字化仪的性能以及测试电子学。并与216 MS/sVME（Versa Module Eurocard）数字化仪进行了比较。
2012-10-15 physics.acc-ph
A Study of Beam Alignment Based on Coupling Modes in Third Harmonic Superconducting Cavities at FLASH
本文研究了基于束流激发高阶模（HOM）的加速腔中的束流准直。在横向HOM中，偶极模具有主要贡献，并且可能对光束质量具有不利影响。由于它们线性地依赖于横向光束偏移，因此可以通过在腔中对准光束来减小它们的影响。本文对安装在FLASH ACC 39组件中的四个三次谐波超导腔进行了研究。在移动光束和搜索最小激发HOM功率的同时，监测具有强光束耦合的模式。
2011-11-15 physics.acc-ph
Higher Order Modes in Coupled Cavities of the Flash Module ACC39
我们分析了安装在DESY的FLASH设备中的3.9GHz聚束成形腔中的高阶模（HOM）。一套有限元计算机程序（包括HFSS和ACE3P）和全球化散射矩阵计算（GSM）被用来调查这些腔中的模式。这项研究主要集中在偶极子分量的多频带扩展的尾流场，重点是开发一个基于HOM的BPM系统的ACC 39。耦合腔间模式一起模拟了有限带的捕获模式。
2011-10-06 physics.acc-ph
Piezo control for XFEL
工作在高Q值的超导腔需要精确地调谐到射频频率。良好调谐的腔确保良好的场稳定性，并且需要最小水平的RF功率来达到操作梯度水平。XFEL加速器的TESLA腔使用由控制系统驱动的慢（步进电机）和快（压电）调谐器进行调谐。该控制系统的目标是即使在存在干扰效应（LFD -洛伦兹力失谐和颤噪效应）的情况下也尽可能地保持腔的失谐接近零。步进电机调谐器用于粗调腔，而压电致动器用于微调和扰动补偿。压电控制系统的关键部分是压电驱动器。为了补偿LFD，需要具有相对高的电压（高达100 V）和高电流（高达1A）的压电驱动。由于压电元件容易受到过电压、过电流和过温的破坏，因此必须特别注意保持压电元件的健康。使事情变得更糟和更关键的是，在模块组装之后，压电交换是不可能的。因此，特殊硬件必须辅助功率放大器，检测危险条件并在需要时禁用压电操作。它必须是自动防故障的，所以即使在故障的情况下，压电元件也会存活下来。它还必须坚固耐用，并且不得干扰或禁用正常操作。由于有许多通道（主/从RF通道为16个），硬件解决方案必须具有良好的可扩展性。本文讨论了XFEL压电驱动器的设计，以及PEM（Power and Energy Monitor）对驱动器运行的监控和对压电元件的保护。所取得的成果和整个系统的操作进行了演示。
2018-03-24 physics.acc-ph
First Beam Spectra of SC Third Harmonic Cavity at FLASH
FNAL设计并制造了三次谐波超导腔，以最大限度地减少沿DESY FLASH设备中束团的能量传播。一个模块，由四个9单元3.9 GHz的腔，已安装在闪存。首次提出了光束激励下的透射测量方法，并与无光束激励下的透射测量方法进行了比较和仿真。高阶模（HOM）能够通过附接的束管传播到相邻的腔。来自附近模块中的1.3 GHz腔的模式也传播到该模块中。
2010-09-24 physics.acc-ph
Simulations of higher order modes in the ACC39 module of FLASH
本研究的重点是开发一个基于HOM的BPM系统的ACC39模块目前安装和运行在FLASH。预计将在XFEL安装类似的系统。耦合腔间模式一起模拟了有限带的捕获模式。一套有限元计算机代码（包括HFSS和ACE3P）和全球化散射矩阵计算（GSM）被用来调查这些腔中的模式，以期提供指导，他们使用作为腔束诊断。
2012-05-21 physics.acc-ph
Study of Beam Diagnostics with Trapped Modes in Third Harmonic Superconducting Cavities at FLASH
通过加速腔的离轴光束在其它高阶模（HOM）中激发偶极模。这些模式具有线性依赖于横向光束偏离腔轴。因此，它们可用于监测腔内的光束位置。FLASH的三次谐波超导腔的第五偶极通带具有捕获在每个腔中的模式，并且不通过相邻的束管传播，而大多数其他腔模式则通过相邻的束管传播。这可以实现在各个腔中的射束位置测量。本文研究了在三次谐波腔组件中使用第五偶极带进行光束准直的可能性。有和没有梁激励的模拟和测量。各种分析方法的使用和比较。观察到HOM信号与光束位置的良好相关性。
2011-09-10 physics.acc-ph
Higher order mode spectra and the dependence of localized dipole modes on the transverse beam position in third harmonic superconducting cavities at FLASH
进入加速腔的电子束激发尾流场。这种尾流场可以分解成一系列的多极或模式。横向尾流场的主要分量是偶极子。本报告总结了在各个阶段测量的FLASH的三次谐波腔的高阶模（HOM）信号：在费米实验室的单腔测试台，在CMTB（低温模块测试台）和FLASH的传输测量，和在FLASH的束激励测量。在第一个两个偶极带和第五偶极带的模式已被确定使用全球洛伦兹拟合技术。在大约4 GHz的束管模式和第五偶极带中的一些模式已被观察到作为本地化模式，而前两个偶极带，包含一些强耦合腔模式，传播。本报告还提出了依赖于横向光束位置的本地化偶极模式。已观察到各种模式的线性相关性。这使得它们适用于光束位置诊断。这些模式，连同一些传播，强耦合模式，已被认为是在一个专用的电子束诊断与HOM的第三谐波腔的设计。
2012-06-21 physics.acc-ph
Status of Higher Order Mode Beam Position Monitors in 3.9 GHz Superconducting Accelerating Cavities at FLASH
高次模（HOM）束流位置监测器（BPM）正在开发的3.9 GHz的三次谐波超导加速腔在FLASH。可以利用基于偶极分量的束激励HOM来确定腔中的横向束位置。用于HOM抑制的现有耦合器提供必要的信号。诊断原理类似于腔BPM，但在直线加速器上不需要额外的真空仪器。3.9 GHz腔体的HOM-BPM的挑战在于由低温模块ACC 39中的四个腔体中的大多数HOM的耦合引起的密集HOM频谱。使用频谱分析仪和具有各种数据分析技术的定制测试电子设备对具有特别有前途的诊断功能的HOM进行了评估，重点是数据简化。选择5GHz范围内的多腔模式，以提供整个模块上的全局位置，具有优异的分辨率（~20 μ m）而在9 GHz区域中的捕获模式提供了具有可比分辨率（~50 μ m）的每个腔中的局部位置。一个类似的HOM-BPM系统已计划用于欧洲XFEL 3.9 GHz模块，其中包括八个腔。本文综述了FLASH中3.9GHz腔HOM-BPM的研究现状和发展前景。
2013-05-22 physics.acc-ph
HOM Choice Study with Test Electronics for use as Beam Position Diagnostics in 3.9 GHz Accelerating Cavities in FLASH
在FLASH中的3.9 GHz加速腔中由光束激发的高阶模（HOM）可用于光束位置诊断，如在腔光束位置监测器中。在复杂的频谱内的模式选择的先前的研究已经揭示了几个选项：腔模式与光束的强耦合，因此具有更好的位置分辨率的潜力，但在所有4个腔中传播，和模式定位在腔或束管，这可以给本地化的位置信息，但提供较差的分辨率。为了更好地表征这些选项，已经建立了一套测试电子设备，可以将大约4和9 GHz之间的各种频率下变频到70 MHz。各种20 MHz频段的性能进行了估计。对某些传播模式的最佳分辨率为20 μm。根据这项研究，一个乐队在ca。选择5 GHz用于高分辨率位置监测，并选择约1.5 GHz的频带。9 GHz用于本地监控。
2012-10-14 physics.acc-ph
Narrow bandwidth active noise control for microphonics rejection in superconducting cavities at LCLS-II
LCLS-II是一种X射线自由电子激光（XFEL），于2022年投入使用，是世界上第一台连续波（CW）硬XFEL。为了将电子束加速到能量为$\SI{4}{\giga \eV}$，使用280个TESLA型超导RF（SRF）腔。使用$4 \times 10^7$的加载品质因数（$Q_L$）以几千瓦的功率水平驱动腔。对于该$Q_L$，RF腔带宽为32 Hz。因此，将腔谐振频率保持在这样的带宽内对于避免所需驱动功率的显著增加是必要的。在超导加速器中，谐振频率的变化是由腔体的机械颤噪振动产生的。颤噪噪声的一个来源是旋转机械，例如真空泵或HVAC设备。抑制这些干扰的一种可能方法是使用窄带有源噪声控制（NANC）技术。这些技术已经在DESY/CMTB和Cornell/CBETA进行了测试。本文介绍了一种适用于LCLS-II低电平射频（LLRF）控制系统的NANC控制器的实现。测试表明，拒绝LCLS-II颤噪干扰也提出。
2022-10-11 physics.acc-ph
Beam-based HOM Study in Third Harmonic SC Cavities for Beam Alignment at FLASH
进入加速器腔的电子束激发高阶模（HOM）。这些被辐射到HOM耦合器并随后被阻尼。它们也可用于促进射束位置监测。离轴光束激发的模式是本文研究的重点。第一次分析的HOM依赖于光束位置的三次谐波腔在FLASH的结果。分析是基于束管和腔偶极子模式。各种分析方法的使用和比较，以满足这些模式的特点出现的需要。通过寻找不同光束位置的HOM信号的最小值来观察每个模式的电中心。每个RF脉冲使用单个电子聚束。
2011-05-22 physics.acc-ph
A Study of Beam Position Diagnostics with Beam-excited Dipole Higher Order Modes using a Downconverter Test Electronics in Third Harmonic 3.9 GHz Superconducting Accelerating Cavities at FLASH
加速腔中束流激发的高阶模（HOM）包含了束流横向位置信息。以前的研究已经缩小了三个模式的选择，在第三谐波3.9 GHz的腔在FLASH的光束位置诊断。发现束管中约4.1 GHz和第五腔偶极带中约9 GHz的局部模式，可以提供束位置的局部测量。相比之下，在4.2和5.5 GHz之间的第一和第二偶极频带中的传播模式可以达到更好的分辨率。所有的选择都是用费米实验室专门设计的测试电子设备进行评估的。目的是定义适合于HOM电子器件的模式或光谱区域。两个数据分析技术用于提取波束位置信息的偶极子HOM：直接线性回归和奇异值分解进行了比较。目前的实验表明，使用第五偶极带模式预测局部束流位置的分辨率为50 μm，整个模块的全局分辨率为20 μm。基于这些结果，我们决定为第二偶极带和第五偶极带构建HOM电子器件，以便我们可以对整个模块进行高分辨率测量，并对单个腔进行局部测量。原型电子器件正在由费米实验室制造，并计划于2012年底在Flash中进行测试。
2012-08-10 physics.acc-ph
RF regulation with superconducting cavities and beam operation using a frequency shifted cavity
DESY的自由电子激光FLASH和欧洲的XFEL是用超导射频腔工作的，并为几个用户实验提供束流。实验之间的切换时间限制在几十微秒。这篇文章将展示一个频率偏移的超导腔的调节，以操纵和改变电子束团的加速性能与250 KHz.The主要挑战的概念中提出的贡献可以概括在这个声明：找到一种方法来调制单个聚束的能量在一个单一的源多腔计划的潜在CW升级的EuXFEL。
2022-01-17 physics.acc-ph
Higher-order mode-based cavity misalignment measurements at the free-electron laser FLASH
在汉堡的自由电子激光（FLASH）和欧洲X射线自由电子激光中，超导TeV能量的超导直线加速器（TESLA）型腔用于加速电子束，产生强自由电子激光（FEL）束。一个长的射频脉冲结构允许一个加速长的聚束串，这大大提高了机器的效率。然而，束团串内的射频参数和射频结构的失调的变化引起显着的轨迹变化，可能会降低自由电子激光的性能。加速腔容纳在低温模块内，这限制了直接对准测量的能力。为了确定横向腔的位置，我们使用了一种基于腔中的束激励偶极模的方法。我们已经开发了一个有效的测量和信号处理例程，并提出了其应用程序的多个加速模块在FLASH。测量的均方根谐振腔偏移与TESLA模块的规格一致。首次测量了低温恒温器内TESLA腔的倾斜度。初步结果与我们用本征模模拟计算的偶极模的偏移和角度依赖性之间的比率吻合得很好。
2018-01-09 physics.acc-ph
Automated Optical Inspection and Image Analysis of Superconducting Radio-Frequency Cavities
超导腔的内表面对实现最高加速场和低损耗起着至关重要的作用。为了对欧洲XFEL和ILC HiGrade研究项目的腔体制造中的100多个腔体的内表面进行调查，构建了光学检测机器人OBACHT。为了分析每个腔多达2325个图像，开发了一个图像处理和分析代码，并获得了描述腔表面的新变量。在分辨率为15.63 $μ\mathrm{m}$的情况下，该编码的精度可达97%，PPV可达99%。光学获得的表面粗糙度与标准轮廓测量方法一致。图像分析算法识别并量化了供应商特定的制造特性，如电子束焊接速度和由于不同化学处理而导致的不同表面粗糙度。此外，相关性的$ρ= -0.93$与$6\,σ$之间获得的表面变量和最大加速场的意义被发现。
2017-04-20 physics.acc-ph
Beam Phase Retrieval based on Higher Order Modes in Cylindrical SRF Cavities
在许多加速器应用中，相对于超导腔内加速RF场的束相位的控制是重要的，并且对于自由电子激光设施尤其重要。作为标准实践，相位通常从相对于定时参考的射束感应瞬态场推断。我们在这里报告的替代和新颖的手段，光束相位确定的基础上，光束激励的高阶电磁模式和加速电磁模式，这是方便地从同一耦合器。该模式是免疫的电子束偏移，因此是最适合的任务。一个耦合电路模型被用来协助开发和快速评估的设施的方法。基于电路模型的仿真表明，该系统的分辨率关键取决于信噪比。在德国的欧洲XFEL进行了基于束流的测量和测试装置。基于这种新方法，我们通常获得0.1°的分辨率。使用当前设置观察到的最佳分辨率为0.03°。这些结果与电路模型的预测结果吻合得很好。这里调查的系统可以用来提供诊断信息，目前在欧洲XFEL LLRF系统。为此，相关的电子设备正在开发中。该监测仪是同类产品中的第一个，可以提供相对于RF场的射束相位的直接和在线测量。
2018-05-14 physics.acc-ph
Observation of harmonic lasing in the Angstrom regime at European XFEL
谐波激光提供了一个机会，以扩大现有的和计划的X射线自由电子激光用户设施的光子能量范围。与非线性谐波产生相反，谐波激光可以产生更强、更稳定、更窄的自由电子激光光束。另一个有趣的应用是谐波激光自种子（HLSS），它可以提高自放大自发发射（SASE）自由电子激光的纵向相干性和光谱功率。这一概念在4.5 - 15 nm范围内的FLASH和1 nm的PAL XFEL下进行了测试。在本文中，我们介绍了最近的结果，从欧洲的XFEL，我们成功地证明了谐波激光在5.9埃和2.8埃。在后一种情况下，我们获得了第三和第五谐波激射，并首次操作谐波激射级联（波荡器的第五-第三-第一谐波）。这些结果为达到非常高的光子能量铺平了道路，高达100 keV。
2021-04-01 physics.acc-ph physics.optics
High gradients at SRF photoinjector cavities with low RRR copper cathode plug screwed to the cavity back wall
本研究首次实验证实后壁拧接铜阴极塞的L波段SRF光电注入器腔可实现约55 MV/m及以上轴上峰值场梯度，为连续波高梯度光电注入器研发奠定重要基础。
2023-10-04 physics.acc-ph
Third Harmonic Cavity Modal Analysis
FNAL设计并制造了三次谐波腔，用于DESY的FLASH/XFEL设施，以最大限度地减少沿聚束的能量传播。这些腔中的模式进行了分析和频率误差的敏感性进行了评估。电路模型被用来模拟微带。增强的双稳态电路模型，包括连续的细胞耦合，除了通常的最近邻耦合。模式匹配代码是用来促进快速模拟，将制造误差。用一系列突变点逼近曲线曲面，并检验了这种方法的有效性
2009-10-07 physics.acc-ph
Higher Order Modes for Beam Diagnostics in Third Harmonic 3.9 GHz Accelerating Module
一个国际团队目前正在研究在3.9 GHz腔中使用高阶模（HOM）进行光束诊断的最佳方法。HOM在通过加速结构时被带电粒子激发。工作在3.9 GHz的三次谐波腔已被安装在FLASH中的线性化聚束能量分布。一个证明的原则，使用HOM的光束监测已在FLASH在TESLA 1.3 GHz的腔。由于在3.9 GHz腔中产生的尾场明显较大，因此应小心地将其对波束的影响降至最低。因此，我们的目标是监测HOM，并通过将光束对准腔轴来最小化它们。困难在于，与1.3 GHz腔相比，HOM频谱密集，使得难以识别各个模式。此外，大多数模式通过包含多个腔的整个低温模块传播，使得难以测量局部光束特性。本文讨论了基于HOM的束流位置监测器的选择。
2012-06-19 physics.acc-ph
Calculation of Asymptotic and RMS Kicks Due To Higher Order Modes in the 3.9GHz Cavity
FLASH计划使用“三次谐波”（3.9GHz）超导腔来补偿由于TESLA 1.3GHz腔的腔电压的正弦弯曲而引起的纵向相位空间的非线性失真。3.9GHz的高阶模对长聚束训练中电子聚束的动力学特性有重要影响。由于偶极模式的反冲可以沿着聚束训练增强，这取决于模式的频率和Q值。计算了光束相对于腔体的恒定偏移的增强因子。一个简单的Monte Carlo模型，这些影响，允许在HOM频率的分散，由于制造的差异，也已实施和结果为FLASH和XFEL样配置。
2008-09-10 physics.acc-ph
Efficient model for low-energy transverse beam dynamics in a nine-cell 1.3 GHz cavity
FLASH和欧洲XFEL是SASE-FEL用户设施，在那里超导TESLA腔以脉冲模式运行，以加速长束流。几个腔由一个速调管供电。虽然低水平射频系统能够稳定的加速梯度的一个射频站的矢量和足够的，单个腔的射频参数变化的聚束串。在与未对准的相关性中，引起束内串轨迹变化。一个有效的模型来描述在低光束能量的效果，分别使用数值调整的传输矩阵和离散耦合器踢系数。将显示与开始到结束的跟踪和专用实验在FLASH注射器的比较。推导出的模型的计算时间短，允许全面的数值研究的影响，失调和可变射频参数的横向内束团训练束流稳定性在注入器模块。从这两个，统计多聚束性能的研究和推导失调多聚束实验的结果。
2017-10-13 physics.acc-ph
