Liwu Duan, Renxian Yuan, Yongbin Leng
Cavity Beam Length Monitor is beam length measurement detector metering ultra short bunch. We designed a RF front-end and make simulations to testify this has high signal-to-noise ratio ensuring beam length measurement precision.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Generation and measurement of sub-picosecond electron bunch in photocathode rf gun
我们考虑了一个在光阴极射频电子枪中产生亚皮秒电子束团的方案，通过改善电子枪中的加速梯度，适当地调节束团电荷、激光光斑尺寸和加速相位，并通过激光整形来减小横向发射度的增长。还报道了一种非破坏性的测量电子束长度的技术，通过测量尾场辐射的高频谱，所述尾场辐射是由相对论电子束通过由电介质包围的通道引起的。
Sub-picosecond compression by velocity bunching in a photo-injector
我们提出了一个实验证据的一束压缩计划，使用行波加速结构作为压缩机。利用位于电子源下游的S波段行波结构，将激光驱动的射频电子源发出的聚束长度压缩了>3倍。实验数据被发现是在良好的协议与粒子跟踪模拟。
Observation of Coherently-Enhanced Tunable Narrow-Band Terahertz Transition Radiation from a Relativistic Sub-Picosecond Electron Bunch Train
我们实验证明的窄带（$δf/f \simeq20$ %在$f\simeq 0.5$太赫兹）太赫兹跃迁辐射的可调谐频率超过[0.37，0.86]太赫兹的生产。辐射产生的亚皮秒相对论电子束团的训练在铝转换器屏幕的真空铝界面的过境。我们还展示了一个可能的应用调制光束扩展的动态范围的一个流行的聚束长度诊断技术的基础上的光谱分析的相干辐射。
A Single Shot, Sub-picosecond Beam Bunch Characterization with Electro-optic Techniques
在过去的十年中，加速器中的电子束长度已经急剧减少到几皮秒\cite{Uesaka94,Trotz97}的范围。测量这些短束的长度以及纵向轮廓已经成为许多机构\cite{Uesaka97,Liu97,Hutchins00}的研究课题。其中一种技术是利用双折射晶体附近的电子通过所产生的电场来改变其光学特性。然后，可以使用成熟的电光技术来测量电子聚束的时间特性。在本文中，我们提出了一种新的，非侵入性的，单次拍摄的方法，以提高分辨率几十飞秒，使亚毫米束长度可以测量。
Ballistic Bunching of Photo-Injected Electron Bunches with Dielectric-Lined Waveguide
我们描述了一种简单的技术，被动聚束非超相对论（$\lesssim 10$ ~MeV）电子聚束在传统的光注入器。该方案采用位于电子源下游的介质内衬波导施加能量调制的皮秒聚束。然后，通过弹道聚束将能量调制转换为密度调制。所示的方法，以支持产生亚皮秒束训练与多kA的峰值电流。这种相对简单的技术有望在紧凑的、基于加速器的光源和先进的光束驱动加速器方法中得到应用。
Vector Potential-based Beam Current Sensors: Applications for Mu2e, and Picosecond Bunch Substructure
本文提出基于电磁矢量势的新型束流电流监测系统，用于费米实验室 Mu2e 实验的脉冲间强度监测，并探索毫米波波导以测量皮秒级束团子结构。
Experiment and simulations of sub-ps electron bunch train generation at Fermilab photoinjectors
最近，在费米实验室A0光电注入器上，利用横向-纵向相空间交换光束线，实验上实现了亚皮秒时间结构的电子束团串的产生。束团训练的时间分布可以很容易地调节，以满足现代加速器束流应用的要求。在本文中，我们报告的A0束流列车实验，并探讨了这种技术的可能扩展到更短的时间尺度在费米实验室SRF加速器测试设施，超导线性电子加速器目前正在建设中的NML大楼。
Wakefield assisted bunch compression in storage rings
针对储存环中数十皮秒束团限制太赫兹超辐射频谱的问题，本文提出利用无源波纹或介质结构产生的自尾场压缩并整形束团，数值验证了自洽稳态。
Electron accelerators and synchrotrons can be operated to provide short emission pulses due to longitudinally compressed or sub-structured electron bunches. Above a threshold current, the high charge density leads to the micro-bunching instability and the formation of sub-structures on the bunch shape. These time-varying sub-structures on bunches of picoseconds-long duration lead to bursts of coherent synchrotron radiation in the terahertz frequency range. Therefore, the spectral information in this range contains valuable information about the bunch length, shape and sub-structures. Based on …
Characterization of Spatiotemporal Overlap of Femtosecond Lasers and Electron Beam With Ce:YAG Screens
本文提出利用Ce:YAG屏幕在电子束照射下的瞬态透射变化实现皮秒激光与亚皮秒电子束的时空重叠，并在30 MeV逆康普顿源上验证了该方法。
In a previous paper we discussed the physics of a microbunched electron beam kicked by the dipole field of a corrector magnet by describing the kinematics of coherent undulator radiation after the kick. We demonstrated that the effect of aberration of light supplies the basis for understanding phenomena like the deflection of coherent undulator radiation by a dipole magnet. We illustrated this fact by examining the operation of an XFEL under the steady state assumption, that is a harmonic time dependence. We argued that in this particular case the microbunch front tilt has no objective meaning…
A Method for Ultrashort Electron Pulse Shape-Measurement Using Coherent Synchrotron Radiation
本文讨论了X射线自由电子激光（XFEL）亚皮秒电子束团纵向轮廓的无损测量方法。该方法是基于检测的相干同步辐射（CSR）光谱产生的束流通过一个偶极磁铁系统。这项工作也包含了一个系统的治疗同步辐射理论的基础上的CSR。同步辐射的标准理论使用了几个近似，其适用性限制往往被遗忘：在这里，我们提出了一个系统的讨论这些假设。然后导出并讨论了沿圆弧运动的电子的相干同步辐射的性质。我们还描述了一种有效的和实用的诊断技术的基础上利用电磁波荡器记录到中心锥的相干辐射脉冲的能量。该测量必须用不同的波荡器谐振频率重复多次，以便重建聚束形状因子的模量。从这些数据中的聚束轮廓函数的检索是通过反卷积技术进行的：对于目前的工作，我们利用一个约束反卷积方法。我们用数值例子说明了所提出的方法在TESLA试验设施（TTF）加速器的电子束诊断的潜力。在这里，我们选择，强调，实验旨在测量的强烈非高斯电子束团的轮廓在TTF飞秒模式操作。我们证明了皮秒条纹相机和CSR光谱仪的串联组合可以用于从具有窄的前导峰和长尾的电子聚束中提取形状信息。
High-repetition-rate sources of bright electron bunches have a wide range of applications. They can directly be employed as probes in electron-scattering setups, or serve as a backbone for the generation of radiation over a broad range of the electromagnetic spectrum. This paper describes the development of a compact sub-Mega-electronvolt (sub-MeV) electron-source setup capable of operating at MHz repetition rates and forming sub-picosecond electron bunches with transverse emittance below 20~nm. The setup relies on a conduction-cooled superconducting single-cell resonator with its geometry alt…
Muon capture for the front end of a muon collider
讨论了μ+-μ-对撞机μ子捕获前端的设计。在前端，靶上的质子束会产生次级π介子，这些介子会漂移到俘获传输通道中，衰变成μ介子。一系列射频腔将产生的μ子束形成不同能量的束串，使束串排列成（几乎）相等的中心能量，并启动电离冷却。然后，μ子被冷却并加速到高能量，进入储存环进行高能高光度碰撞。我们最初的设计是基于有点类似的前端的国际设计研究（IDS）中微子工厂。
We present a muon capture front-end scheme for muon based applications. In this Front-End design, a proton bunch strikes a target and creates secondary pions that drift into a capture channel, decaying into muons. A series of rf cavities forms the resulting muon beams into a series of bunches of differerent energies, aligns the bunches to equal central energies, and initiates ionization cooling. We also discuss the design of a chicane system for the removal of unwanted secondary particles from the muon capture region and thus reduce activation of the machine. With the aid of numerical simulati…
Muon capture in the front end of the IDS neutrino factory
我们讨论了中微子工厂国际设计研究的μ子捕获前端的设计。在前端，靶上的质子束会产生次级π介子，这些介子会漂移到俘获传输通道中，衰变成μ介子。一系列射频腔将产生的μ子束形成不同能量的束串，使束串排列成（几乎）相等的中心能量，并启动电离冷却。然后，μ子被加速到高能量，在那里它们的衰变提供中微子束。对于国际设计研究（IDS），必须为工程和成本研究开发和优化基线设计。我们提出了一个基线设计，可用于建立未来的中微子工厂设施的范围。
PXIE Optics and Layout
Project X注入器实验（PXIE）将作为Project X前端的原型。其目的是验证Project-X的设计，并降低技术风险，已知主要与前端有关。PXIE将把1 mA CW束加速到约25 MeV。它将包括一个离子源，LEBT，CW脉冲，MEBT，两个SC低温模块，诊断部分和束流收集器。位于MEBT部分的逐束斩波器将允许形成任意束结构。PXIE在某种程度上偏离了当前的Project-X前端概念，因为它提供了额外的仪器，并依赖于减少的用于束流斩波的冲击器数量;诊断部分还包括一个RF分离器，以允许研究去除的束流的消光。本文讨论了主要的要求和限制，激励设施布局和光学。如果需要，将根据PXIE获得的操作经验对项目X前端设计进行最终调整。
Beam dynamics performances and applications of a low-energy electron-beam magnetic bunch compressor
电子直线加速器的许多前端应用依赖于临时压缩聚束的产生。电子束团的缩短通常是通过位于加速器高能部分的磁束团压缩器来实现的。磁压缩受到集体效应的影响，包括空间电荷和通过相干同步辐射的自相互作用。在本文中，我们探讨了应用磁压缩低能量（$\sim 40$ MeV），高电荷（nC）电子束团与低归一化横向发射率（$< 5$ $μ$ m）。
We briefly compare in numerical simulations the relativistic ionization front and electron bunch seeding of the self-modulation of a relativistic proton bunch in plasma. When parameters are such that initial wakefields are equal with the two seeding methods, the evolution of the maximum longitudinal wakefields along the plasma are similar. We also propose a possible seeding/injection scheme using a single plasma that we will study in upcoming simulations works.
Future colliders based on a modulated proton bunch driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，一个自调制的高能质子束团可以激发一个大幅度的等离子体尾场，并通过一个长的等离子体通道，在一个单级加速外注入的电子束团的能量前沿。在此基础上，未来的对撞机，无论是电子-正电子直线对撞机（e+-e-对撞机）或电子-强子对撞机（e-p对撞机）可以设想。在本文中，我们讨论了一些关键的设计问题的e+-e-对撞机和高能e-p对撞机，基于现有的基础设施的欧洲核子研究中心加速器复合体。
In AWAKE a self-modulated proton bunch drives wakefields in a plasma. Recent experiments successfully demonstrated many aspects of the self-modulation of the drive bunch as well as acceleration of test electrons. Next experiments will focus on producing a multi-GeV accelerated electron bunch with low emittance and low energy spread. The experiment requires a variety of advanced beam diagnostics to characterize the self-modulated proton bunch at the picosecond time scale. These include optical transition radiation and a streak camera for short and long time scale detailed imaging of self-modula…
Heavy-Ion Beam Acceleration of Two-Charge States from an Ecr Ion Source
本文介绍了一种能同时接受ECR离子源中铀的两种电荷态的超导离子直线加速器前端的设计。这种操作模式将最重离子可用的射束电流增加了两倍。本文讨论了12MeV/u稀有同位素加速器（RIA）驱动直线加速器的预汽提段，包括LEBT、MEBT、SCBT和超导段，总电压为112MV。LEBT由两个聚束器和静电四极杆组成。两个聚束器的基频都是基频的一半。第一个聚束器是一个多谐波聚束器，设计接受超过80%的每个电荷状态，并形成极低的纵向发射度（均方根发射度低于0.2 keV/u nsec）在输出的聚束器。第二聚束器直接位于双折射器的前面，并且将每个电荷状态聚束的速度与双折射器的设计输入速度相匹配。我们提出了完整的三维模拟的两个电荷状态的铀束，包括空间电荷力的LEBT和LEBT，所有的电场和磁场沿整个prestripper直线加速器的实际分布，和误差的影响，评估几个设计方案的prestripper直线加速器。结果表明，它是可能的，以加速两个充电状态，同时保持发射度增长在容许范围内。
Monoenergetic acceleration of charge-neutralized ion bunches to GeV-scale energies by the combination of a high-current electron beam and an ionization front
本文提出对向电离前沿加速（CFA）机制，结合强流相对论电子束与电离前沿，可在数米距离内以超250 MeV/m梯度加速微库仑级离子，为紧凑型重离子加速器研发提供新途径。
Simulation of the impact of an additional corrugated structure impedance on the bursting dynamics in an electron storage ring
针对低动量压缩因子下微束团不稳定性的问题，以KARA储存环为例模拟附加波纹板阻抗的影响，发现其周期性匹配束团子结构时可调控不稳定性阈值，扩展强THz辐射的束流电流范围。
Sub-5-fs compression and synchronization of relativistic electron bunches enabled by a high-gradient $α$-magnet and low-jitter photoinjector
本文提出并实验验证了一种利用高梯度α磁铁和低抖动光电注入器，首次实现亚5飞秒电子束团压缩与同步的新方法，开辟了超快束流控制新领域。
Multi-Objective Optimizations of High Gradient C-band Photoinjector for High Bunch Charge Applications
本文针对1.6-cell C波段光电注入器，使用多目标遗传算法（MOGA）优化发射度与束团长度，并引入光阑保留明亮束流核心，使横向发射度降低超2倍，超越了相似束团电荷束流线的实验现状。
In plasma wakefield accelerators (e.g. AWAKE) the proton bunch self-modulation is seeded by the ionization front of a high-power laser pulse ionizing a vapour and by the resulting steep edge of the driving bunch profile inside the created plasma. In this paper, we present calculations in 2D linear theory for a concept of a different self-modulation seeding mechanism based on electron injection. The whole proton bunch propagates through a preformed plasma and the effective beam current is modulated by the external injection of a short electron bunch at the centre of the proton beam. The resulti…
Compensating slice emittance growth in high brightness photoinjectors using sacrificial charge
本文提出利用束团自身形成波破激波前沿的牺牲电荷动态线性化核心相空间，并在UCXFEL注入器优化中实现发射度增长低于20 nm-rad、亮度提升约一个数量级。
Terahertz control of relativistic electron beams for femtosecond bunching and laser-synchronized temporal locking
本文提出利用激光产生的多周期太赫兹脉冲驱动电子能量调制并结合磁压缩，实现高能电子束的飞秒级压缩与激光同步时间锁定，为自由电子激光和超快电子衍射等提供新途径。
Design of MEBT for the Project X Injector Experiment at Fermilab
项目X注入器实验（PXIE）是项目X前端的测试平台，将于FY 12 -16在费米实验室完成。PXIE的挑战性目标之一是演示从最初的5 mA 162.5 MHz CW训练中形成具有任意选择的聚束模式的1 mA H束的能力。在2.1 MeV的中能束流传输中，通过将不需要的聚束转移到吸收体来进行聚束选择。本文介绍了MEBT的方案，并叙述了其元件的研制，包括冲击器和吸收器。
Progress with PXIE MEBT Chopper
提供多种聚束模式的能力对于X项目同时为多个实验提供中波范围波束的概念至关重要。这种能力将通过中能束流传输（MEBT）斩波系统实现，该系统将根据预编程的逐束流选择将初始5mA、2.1 MeV CW 162.5 MHz束流的所有束流的80%转移到吸收器。被认为是最具挑战性的组件之一，斩波系统将在项目X注入器实验（PXIE）设施进行测试，该设施将在费米实验室建造，作为项目X前端的原型。聚束偏转将由两组相同的行波冲击器同步工作。目前，两个版本的冲击器正在研究：一个螺旋200欧姆结构与开关型500 V的驱动器和平面50欧姆结构与线性250 V放大器。本文将描述斩波系统的计划和功能规格的冲击，目前的电磁测量模型的结果，讨论可能的驱动程序的计划，并显示一个概念性的机械设计。
Collider design issues based on proton-driven plasma wakefield acceleration
最近的模拟表明，高能质子束可以激发强等离子体尾场，并在单个加速阶段将一束电子加速到能量前沿。因此，它为使用现有高能质子机器（例如Tevatron或LHC）的质子束的紧凑型未来对撞机设计铺平了道路。本文讨论了在欧洲核子研究中心现有加速器基础上设计一台小型正负电子直线对撞机和一台电子质子对撞机的一些关键问题。
Fermilab PXIE Beam Diagnostics Development and Testing at the HINS Beam Facility
费米实验室正在计划建造X项目直线加速器的原型前端。X计划的注入器实验（PXIE）有望将1mA连续波H束加速到30MeV.该项目的一些主要目标是测试连续波整流器和H源、宽带逐束团束流斩波器和低能超导直线加速器。这种加速器的成功表征和操作对束线诊断提出了严格的要求。这些关键的束流测量包括束流电流、束流轨道、束流相位、束流长度、束流横截面和发射度、束晕和束尾以及宽带斩波器的消光性能。本文介绍了PXIE束流测量要求和仪器研制计划。还介绍了在费米实验室高强度中微子源（HINS）束设施测试其中许多仪器的计划。由于HINS已经是一个操作加速器，利用HINS进行仪器测试可以更快地开发所需的PXIE诊断。
All-optical blast wave control of laser wakefield acceleration in near critical plasma
本文提出利用垂直聚焦纳秒激光脉冲产生的柱状冲击波控制激光尾场加速长度，通过破坏尾场避免失相，并借助等离子体透镜效应改善电子束质量，实验和数值模拟验证了该方法可形成能量可控、发散度改善的准单能电子束团。
Beam diagnostics at DAFNE with fast uncooled IR detectors
束团纵向诊断是现代加速器的关键问题。面对这一挑战性的需求，中红外紧凑型非制冷光电导碲镉汞探测器的测试最近已在DAFNE进行。使用不同的设备来监测电子束团的发射。第一个实验允许记录2.7ns长的e-聚束，其具有约600 ps的单个脉冲的FWHM。这些结果解决的可能性，以改善诊断DAFNE和为此目的的出口端口上的正电子环的偏转磁铁已成立。一个高压室，托管一个镀金的平面镜，收集和偏转辐射通过ZnSe窗口，是这个端口的前端。在窗口之后，空气中的简单光学布局允许将红外辐射聚焦在不同的探测器上。该仪器将允许在两个环之间的sub-ns时域中进行比较，并识别和表征聚束不稳定性。此外，为了提高性能的新的光伏探测器与亚纳秒响应时间的测试正在进行中。我们将简要总结3+L实验的实际状况，并将讨论未来的应用快速红外光伏探测器和快速红外阵列探测器的发展。
Proton beams generated from laser acceleration show merit for their unique spatial (micron-size) and temporal (picosecond) properties, which make them desirable for many potential applications. However, the large energy spread and divergence angle make it difficult to maintain these beam properties after delivery. This hinders the wide application of laser acceleration. In this paper, we design a double achromatic beam translation system (DABTS), based on weak-focusing magnets, to realize achromatic transmission in both the horizontal and vertical directions, and compress the bunch length of t…
The Proton Improvement Plan, Stage Two (PIP-II) is a program of upgrades proposed for the Fermilab injection complex, which central part is an 800 MeV, 2 mA CW SRF linac. A prototype of the PIP-II linac front end called PIP-II Injector Test (PIP2IT) is being built at Fermilab. As of now, a 15 mA DC, 30-keV H- ion source, a 2 m-long Low Energy Beam Transport (LEBT), a 2.1 MeV CW RFQ, followed by a 10 m Medium Energy Beam Transport (MEBT) have been assembled and commissioned. The MEBT bunch-by-bunch chopping system and the requirement of a low uncontrolled beam loss put stringent limitations on …
Modern accelerator front ends almost exclusively include radio-frequency quadrupoles for initial capture and focusing of the low-energy beam. Dynamics in the RFQ define the longitudinal bunch parameters. Simulation of the SNS RFQ with PARMTEQ seeded with a realistic LEBT distribution produces a 2.5 MeV, 40 mA H- beam with root-mean-square emittance of 130 deg-keV. In measurement, a detailed characterization of the longitudinal phase space is made, including a novel study of the dependence of longitudinal emittance on transverse coordinates. This work introduces a new virtual slit technique tha…
Plasma waves generated in the wake of intense, relativistic laser or particle beams can accelerate electron bunches to giga-electronvolt (GeV) energies in centimetre-scale distances. This allows the realization of compact accelerators having emerging applications, ranging from modern light sources such as the free-electron laser (FEL) to energy frontier lepton colliders. In a plasma wakefield accelerator, such multi-gigavolt-per-metre (GV m$^{-1}$) wakefields can accelerate witness electron bunches that are either externally injected or captured from the background plasma. Here we demonstrate …
The AWAKE experiment aims to demonstrate preservation of injected electron beam quality during acceleration in proton-driven plasma waves. The short bunch duration required to correctly load the wakefield is challenging to meet with the current electron injector system, given the space available to the beamline. An LWFA readily provides short-duration electron beams with sufficient charge from a compact design, and provides a scalable option for future electron acceleration experiments at AWAKE. Simulations of a shock-front injected LWFA demonstrate a 43 TW laser system would be sufficient to …
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