Beam-Driven Transverse Deflecting Structure for Femtosecond Electron-Beam Diagnostics
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究中心）
提出一种束流驱动的横向偏转结构，利用领先驱动束在谐振腔阵列中激发长寿命尾场，对尾随的探测束施加时间相关的横向偏转，实现约1.6飞秒的时间分辨率，并有望达到亚飞秒量级。
2026-05-27 physics.acc-ph
Electron Bunch Train Excited Higher-Order Modes in a Superconducting RF Cavity
基于高阶模（HOM）的腔内束流诊断方法在超导射频（SRF）加速器中得到了有效和方便的应用。我们最近的研究表明，束团训练激发HOM谱中的束谐波，其具有比本征HOM峰高得多的信噪比，也可以用于束诊断。本文介绍了我们在北京大学直流同步辐射场（DC-SRF）光注入器和同步辐射场（SRF）直线加速器上进行的关于束团训练激发高阶矩的理论模型和实验研究。
2016-08-12 physics.acc-ph
Mixed Diagnostics for Longitudinal Properties of Electron Bunches in a Free-Electron Laser
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究所（DESY））
电子束团的纵向特性对于各种科学设施的性能至关重要。例如，在自由电子激光中，现有的诊断在在线调谐和优化期间仅提供电子聚束的非常有限的纵向信息。我们利用人工智能的力量，使用实验数据建立神经网络模型，以使破坏性的纵向相空间（LPS）诊断在线虚拟和改进现有的电流剖面在线诊断，使用相干跃迁辐射（CTR）光谱仪。该模型还可以作为真实机器的数字孪生模型，在其上可以有效地测试算法。我们表明，在FLASH设施的编码器-解码器模型与一个以上的解码器可以作出高度准确的预测，百万像素的LPS图像和相干跃迁辐射光谱同时为电子聚束在一束训练与宽范围的LPS形状和峰值电流，这是通过扫描所有主要的控制旋钮LPS操作。此外，我们提出了一种方法来显着改善CTR光谱仪在线测量相结合的预测和测量光谱。我们的工作展示了如何将虚拟和真实诊断相结合，为科学设施提供异构和可靠的混合诊断。
2022-01-15 cs.LG physics.acc-ph
Plasma Light As Diagnostic For Wakefields Driven By Developing Self-Modulation Of A Long Particle Bunch
本研究提出利用等离子体原子线辐射光诊断长质子束自调制驱动的尾场，设计了可设置不同位置和高度密度阶跃的新型蒸汽/等离子体源，模拟显示百分之几的密度阶跃可使束流在数百米等离子体中驱动GV/m级尾场。
2024-10-31 physics.acc-ph physics.plasm-ph
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。
2013-01-28 physics.acc-ph
Status and Prospects for the AWAKE Experiment
AWAKE协作正在进行质子驱动等离子体尾场加速电子的演示。AWAKE实验使用来自CERN SPS的\SI{400}{GeV/c}质子聚束，其均方根聚束长度为$6$，以驱动电子密度为$10^{14}-10^{15}$ cm $^{-3}$的\SI{10}{m}长铷等离子体中的尾场。由于驱动聚束长度比这些等离子体密度的等离子体波长（$λ_{pe}<$ \SI{3}{mm}）长得多，AWAKE进行了实验，以证明长质子聚束在等离子体中自调制（2017）。下一步是演示由自调制聚束驱动的尾场中电子的加速（2018）。我们总结了自调制测量的概念，并描述了电子加速实验的计划和挑战。
2018-09-05 physics.acc-ph physics.ins-det
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。
2008-06-11 physics.acc-ph
Bunch-by-Bunch Prediction of Beam Transverse Position, Phase, and Length in a Storage Ring Using Neural Networks
National Synchrotron Radiation Laboratory (NSRL), University of Science and Technology of China（中国科学技术大学国家同步辐射实验室）
本研究提出基于神经网络的框架，用于实时预测存储环中束流的横向位置、相位和长度，以提高束流控制精度。
2026-01-27 physics.acc-ph
Thomson backscattering diagnostics of nanosecond electron bunches in high space charge regime
当要求束流具有高亮度时，束内排斥对自由电子器件的性能起着重要的决定作用。束流的横向和纵向扩展、能量和密度是任何束流实验的基本参数，不同的束流诊断可用于测量这些参数。提出了一种基于激光束与粒子束相互作用的汤姆逊后向散射诊断方法，用于研究高空间电荷区纳秒电子束团。这种诊断，旨在测量密度，能量和能量扩散，设置在Malmberg-Penning陷阱（通常用于电子/离子约束）中的两种不同的配置，旨在优化灵敏度，空间分辨率和电子束在空间和时间上的重合。为此目的，由光阴极源产生的电子聚束（脉冲时间<4 ns）用不同的静电诊断进行初步表征，并用于测试诊断系统。详细的解决方案，这是设计用于在真空室中的激光和聚束注入，电子和激光脉冲的空间和时间重合，光子检测，优化的几何形状在激光束相互作用。然后总结结果，估计最低灵敏度的设置。
2012-10-26 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Single-shot electro-optic sampling of coherent transition radiation at the A0 Photoinjector
未来的对撞机应用和目前的高梯度激光等离子体尾场加速器操作与皮秒聚束持续时间放置在聚束分布诊断的时间分辨率的更高的要求。这一需求在过去十年中导致了电光采样领域的重大进步。这些方法允许探测诊断光，如相干跃迁辐射或聚束尾场与亚皮秒时间分辨率。潜在的应用在拍摄到拍摄，非拦截诊断继续追求的对撞机和泵探测实验的现场束流监测。与我们的开发工作与电光成像，我们提出的结果单拍电光采样的相干跃迁辐射从在A0的光电注入器产生的聚束。
2012-05-03 physics.acc-ph
Longitudinal bunch profile diagnostics in the 50fs range using coherent Smith-Purcell radiation
我们已经考虑了使用相干Smith-Purcell辐射的50 fs（FWHM）长的电子聚束的纵向轮廓的单次射击测定的可能性。该长度对于目前由激光尾场加速产生的聚束是典型的，并且处于通过替代技术（例如电光采样）可实现的极限。它的结论是，有没有障碍，无论是理论上还是实验上，在实施这种技术。周期为15、85和500微米的一组三个光栅将在10-1000微米的波长范围内产生可检测的能量，这应该足以通过Kramers-Kronig技术重建聚束形状。对于109个电子或更多的聚束电荷，辐射能量可以由室温热释电探测器探测到。还考虑了该技术可能扩展到更短长度的限制。
2009-12-09 physics.acc-ph physics.ins-det
Design criteria for a beam-driven resonant passive transverse deflector for longitudinal beam diagnostics
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器研究所）
提出一种无需外部射频源的束流驱动谐振无源横向偏转器设计准则，利用尾场零交叉实现高时间分辨率纵向诊断，在European XFEL布局中实现约33 fs分辨率。
2026-06-24 physics.acc-ph
Novel diagnostic for precise measurement of the modulation frequency of Seeded Self-Modulation via Coherent Transition Radiation in AWAKE
介绍了在AWAKE实验中利用波导集成外差法诊断相干跃迁辐射（CTR）的装置和实验测量。AWAKE原理验证实验的目标是在长质子束流的等离子体尾场中加速见证电子束流，通过种子自调制（SSM）将其转化为质子微束流的训练。自调制质子束的CTR脉冲预期具有在90-300 GHz范围内的频率和300-700 ps的持续时间。该诊断装置旨在精确测量CTR脉冲的频率和形状，由两个能够同时测量的波导集成接收器组成。它们覆盖了可用等离子体频率的很大一部分：带宽90-140 GHz以及带宽255-270 GHz或170-260 GHz，分别在早期或后期版本的设置中。两个混频器将CTR转换为在快速示波器上测量的5-20 GHz范围内的信号，具有1-3 GHz的高光谱分辨率，由脉冲长度决定。在这方面的贡献，我们将描述的测量原理，实验设置和基准的诊断清醒。
2018-02-13 physics.acc-ph
A Multi-Channel THz and Infrared Spectrometer for Femtosecond Electron Bunch Diagnostics by Single-Shot Spectroscopy of Coherent Radiation
自由电子激光（FEL）中所需的高峰值电流是通过将电子聚束纵向压缩到亚皮秒长度来实现的。在本文中，频域诊断方法描述，是能够解决结构的飞秒制度。研制了一种用于太赫兹和红外相干辐射光谱测量的新型真空光谱仪。该光谱仪配备了五个连续的色散光栅和120个并行读出通道;它可以在短波长模式（5 - 44 μ m）或长波长模式（45 - 430 μ m）下工作。快速并行读出允许从单电子聚束相干辐射光谱。在软X射线自由电子激光FLASH上进行的相干跃迁辐射测试表明，该谱仪具有良好的性能。低至几微米的高灵敏度允许研究例如由磁弯道中的微聚束效应引起的短聚束特征。该装置计划在常规自由电子激光运行期间用作在线束团轮廓监测器。
2012-01-29 physics.acc-ph physics.ins-det
Conceptual design of electron beam diagnostics for high brightness plasma accelerator
基于X-能带结构和等离子体加速器级的高亮度直线加速器诊断的设计研究已经在EuPRAXIA@ Escherichia_LAB项目的框架内交付。在本文中，我们提出了一个概念设计的诊断，使用最先进的系统和新的和正在开发的设备。Single Shot测量对于等离子体加速束是优选的，包括发射度，而分别要求$μ$ m级和fs级束尺寸和束团长度。将驱动脉冲（激光或光束）与见证加速聚束分离的需要对诊断施加了附加约束。我们计划在等离子体助推器的末端使用电子感应加速器辐射测量发射度，而其他单次发射方法必须在实施之前得到证明。纵向测量，在任何情况下都不是微不足道的fs级聚束长度，似乎已经有更广泛的可能性。
2018-02-14 physics.acc-ph
Beam Diagnostics in the Advanced Plasma Wakefield Experiment AWAKE
在AWAKE中，自调制质子束团驱动等离子体中的尾流场。最近的实验成功地证明了驱动聚束的自调制以及测试电子的加速的许多方面。接下来的实验将集中在产生一个多GeV的加速电子束，具有低发射度和低能量扩散。该实验需要各种先进的束流诊断来表征皮秒时间尺度上的自调制质子聚束。这些包括光学跃迁辐射和一个条纹相机，用于短时间和长时间尺度的详细成像的自调制和软管，相干跃迁辐射的调制频率测量在100-300 GHz的频率范围和多个荧光屏的核心和晕测量。将给出这些诊断的概述。
2020-12-18 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Noninvasive cavity-based charge diagnostic for plasma accelerators
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Universität Hamburg（汉堡大学）
本文提出了一种非侵入式腔体基于的电荷诊断方法，用于测量等离子体加速器中的电子束电荷，展示了其高灵敏度和抗电磁脉冲能力。
2024-03-11 physics.acc-ph
Preliminary Measurements for a Sub-Femtosecond Electron Bunch Length Diagnostic
随着电子束持续时间下降到飞秒和亚飞秒实现在当前国家的最先进的加速器，纵向聚束长度诊断与阿秒级的分辨率是必需的。在本文中，我们提出了这样一种新的测量装置，它结合了高功率激光调制器和RF偏转腔在正交方向。当激光器对光束施加强相关角调制时，RF偏转器确保整个聚束的这种条纹效应的完全分辨率，从而以亚飞秒分辨率恢复时间光束轮廓。最近在布鲁克海文国家实验室的加速器测试设施（ATF）进行了初步测量，以测试这一概念的关键组成部分，其结果在这里介绍和讨论。此外，一个可能的应用程序的新的加速器计划的技术进行检查的基础上与粒子跟踪代码优雅和我们的光束轮廓重建工具的模拟。
2018-02-13 physics.acc-ph physics.ins-det
Longitudinal Bunch Diagnostics using Coherent Transition Radiation Spectroscopy
对渡越辐射的产生和性质作了较全面的论述。的频谱能量密度，所描述的金兹伯格-弗兰克公式，解析计算，并仔细分析了由有限尺寸的TR屏幕和近场衍射效应所造成的修改。概述了利用相干渡越辐射重建电子束团形状的原理。光谱测量仅产生纵向形状因子的大小，而不是其相位。两个相位恢复方法进行了研究，并与模型计算：分析相位计算的Kramers- Kronig色散关系，迭代相位恢复。特别注意的是支付的模糊性，这是不可避免的重建纵向电荷密度分布从光谱数据。这些模糊性的起源已被确定，并提出了一个彻底的数学分析。本文的实验部分包括我们的多通道红外和太赫兹光谱仪的描述和选择在FLASH测量，比较来自光谱数据与那些确定的横向偏转微波结构的聚束轮廓。克拉默斯-克罗尼希相位公式的严格推导见附录A。大量的分析模型计算可以在附录B中找到。附录C中讨论了正态高斯和截断高斯之间的差异。最后，附录D包含通过二维快速傅立叶变换对电磁波波前的传播的简短描述。这是一个强大的数学数值代码THzTransport的基础，它允许电磁波前沿通过由漂移空间，透镜，反射镜和孔径组成的光束线传播。
2018-03-01 physics.acc-ph
Luminosity Scans for Beam Diagnostics
2015年，欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）引入了一种新型的快速光度分离扫描（“发射度扫描”）。在紧凑型μ子螺线管（CMS）实验的相互作用点（IP），在物理生产条件下，在每次填充全强度束流时系统地进行扫描。它们提供逐束水平的发射度和闭合轨道测量。精确测量的光束光束闭合轨道的差异，允许直接，定量观察远程光束光束PACMAN效应，这与数值模拟的改进版本的训练代码。
2018-08-16 physics.acc-ph
Conceptual Design of a Transverse Deflecting Structure for Longitudinal Diagnostics at DALI
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, HZDR（德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心）
DALI加速器纵向诊断中，通过横向偏转结构与散射光谱仪结合，实现对电子束团纵向剖面和相空间的测量与重建。
2026-03-09 physics.acc-ph
Reflective Optical System for Time-Resolved Electron Bunch Measurements at PITZ
位于Zeuthen站点（PITZ）的DESY的光注入器测试设施产生具有低横向发射度的脉冲电子束，并配备有用于测量各种电子聚束特性（包括纵向和横向电子相空间分布）的诊断设备。使用位于加速器隧道外的条纹相机记录纵向聚束结构，该相机通过约30 m长的光学系统连接到束线站中的诊断。该系统主要由消色差透镜望远镜组成，它传输光脉冲并将其成像到条纹相机的入口狭缝上。由于透镜中的色散，时间分辨率在传输期间降低。本文介绍了时间分辨光学系统的一般考虑以及特定候选系统的模拟和测量。然后描述了基于镜面望远镜的成像系统的开发，该系统将提高时间分辨率，重点是以单位放大率工作的离轴抛物柱面镜系统。透镜和镜子的混合系统将作为原理的证明。
2011-01-15 physics.acc-ph
Status Report and Future Plans for the PEP-II B Factory
自1999年夏天以来，SLAC的PEP-II B工厂一直在使用BABAR探测器。在2000年10月31日的运行结束时，峰电流和亮度稳步上升。到那时，0.75 A的电子（设计电流）与1.4 A的正电子在657束中发生常规碰撞，产生2.6E33 cm^{-2} s^{-1}的峰值亮度。我们交付的积分亮度高达每天184/pb和每周1033; BABAR记录的总光度为25/fb。在运行结束时，三天的机器开发将峰值亮度提高到3.29E33，超过了3.0的设计目标。BABAR随后记录了一个小时的数据，从3.20的峰值开始。接下来，我们实现了正电子电流的设计值，2.14 A，在没有碰撞的情况下运行。主要的限制是由于电子云和多重碰撞，低能环（LER）中正电子束的尺寸增长。由于电弧受益于前室和低二次发射的TiN涂层，我们的努力集中在直道上，在那里我们添加了螺线管绕组。每一个直的伤口允许更高的LER电流没有吹胀，和随之而来的亮度增加。对一束束光的测量表明，这种效应在训练中的第十束光时变得很明显，但在一个短的间隙后就消失了。因此，仔细控制填充图案对于提高亮度至关重要。在2001年2月开始的运行中，我们增加了第三个LER RF站，以与更多的LER电流和更多的聚束碰撞，并试图将beta_x* 从50厘米减少到35厘米，目标是在年底达到5E 33的光度。在2003年，我们计划增设第四个LER和第六个HER R…
2001-04-13 physics.acc-ph
Microwave Schottky diagnostic systems for the Fermilab Tevatron, Recycler, and CERN LHC
本文提出了一种基于高灵敏度缝隙波导拾波器的同步加速器束流横向和纵向特性的非侵入测量方法。该拾波器允许超过数百MHz的带宽，同时保持良好的光束灵敏度特性。宽带宽对于通过快速门进行逐束测量至关重要。肖特基探测器系统已在费米实验室Tevatron、Recycler和CERN LHC同步加速器中安装并成功调试。测量能力包括单束或多束任意组合的调谐、色度和动量扩散。通过适当的校准，发射度也可以通过积分非相干调谐边带下的面积来测量。
2011-08-01 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Time-resolved electron beam diagnostics with sub-femtosecond resolution
在现代高增益自由电子激光中，高亮度电子束在几百飞秒到亚飞秒的时间尺度上的一系列行为产生了用于化学、原子和生物系统研究的超快光子脉冲。目前，射频横向偏转器被广泛用于提供可靠的、单次激发的电子束相空间诊断，具有飞秒的时间分辨率。在这里，我们表明，时间分辨率的限制所造成的固有的光束尺寸在横向偏转器，可以补偿特定的横向到纵向耦合元件。为此，在横向偏转器之前引入具有横向梯度场的波荡器。利用这种技术，已从理论上证明了小于1fs均方根的分辨率用于测量电子聚束的纵向轮廓和/或微聚束。
2015-10-21 physics.acc-ph
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。
2011-04-19 physics.acc-ph
Bunch-by-bunch detection of coherent transverse modes from digitized single-bpm signals in the Tevatron
基于位于环中一个具有大振幅函数的区域内的单束流位置监测器（BPM）的信号，研制了一套用于逐束团探测质子和反质子横向相干振荡的系统。信号在大量的转弯处被数字化，并使用专用算法离线进行傅立叶分析。为了增强信号，用带限噪声激发光束约一秒，这表明即使在高光度下也不会显著影响循环光束。该系统用于测量电子感应加速器的单束团调谐和研究束-束效应。特别是，它是一个正在进行的研究中的非线性束-束补偿研究与高斯电子透镜的主要诊断工具之一。我们提出了这个工具的设计和操作，连同质子和反质子束获得的结果。
2012-02-01 physics.acc-ph
Status and Objectives of the Dedicated Accelerator R&D Facility "SINBAD" at DESY
我们介绍了DESY目前正在建设的专用研发设施SINBAD的最新状况。该设施将举办多项关于超短电子束团加速和新型高梯度加速方法的独立实验。第一个实验是以100，MeV S波段直线加速器为核心的ARES实验。我们提出了这个实验的目标，范围从压缩技术的研究，以子fs级，其应用程序作为注射器的各种先进的加速计划，例如计划使用ARES作为一个测试网站的DLA实验的背景下，ACHIP合作。给出了包括激光驱动等离子体尾场加速的计划扩展的时间线。第二个初始实验是AXSIS，其目的是在THz驱动的电介质结构中将fs电子聚束加速到15 MeV，随后通过逆康普顿散射产生X射线。
2018-01-09 physics.acc-ph
Frequency Resolved Measurement of Longitudinal Impedances Using Transient Beam Diagnostics
在本文中，我们提出了几种技术表征纵向阻抗的基础上的瞬态测量的增长率和不稳定的耦合聚束模式的调谐位移。这些技术适用于测量基波和高阶模阻抗，并允许表征HOM的分流阻抗和品质因数。这里介绍的方法是对RF腔的实验室工作台测量的补充，因为基于波束的测量直接感测安装配置中的物理阻抗。与单束集成阻抗测量相比，这些技术在频域中解析阻抗。这些方法允许通过分析同步相位瞬变来确定阻抗的非混叠频率。ALS和BESSY-II的实验结果显示使用这些技术来测量复阻抗。
2001-06-29 physics.acc-ph
Upgrade of the Two-Screen Measurement Setup in the AWAKE Experiment
欧洲核子研究中心的AWAKE项目使用自调制\SI{400}{GeV/c}质子聚束来驱动电子密度为$n_{pe} = 7 \times 10^{14}\,\rm{electrons/cm}^3$的\SI{10}{m}长等离子体中的GV/m尾场。我们提出了升级的质子束诊断，间接证明束流自调制成像散焦质子与两个屏幕下游的等离子体的结束。双屏诊断已于2016年秋季安装、调试和测试，并确定了局限性。我们计划安装升级的诊断程序来克服这些限制。
2018-10-03 physics.acc-ph
Simulation study of betatron radiation in AWAKE Run 2 experiment
来自聚焦等离子体柱的感应加速器辐射的光谱学可以作为强有力的非侵入性束诊断方法用于等离子体尾场加速实验，例如AWAKE。本文研究了径向尺寸失配和离轴注入对准线性质子驱动等离子体尾流场中见证电子束团的束流动力学特性和辐射光谱特性的影响。结果表明，临界电子感应加速器光子能量和光子角分布的演化可以有效地揭示见证电子束团的初始注入条件。本文还讨论了用这种方法诊断AWAKE运行2质子自调制级中种子电子束团的可能性。
2022-04-27 physics.acc-ph
Constraints on photon pulse duration from longitudinal electron beam diagnostics at a soft X-ray free-electron laser
X射线自由电子激光器（FEL）的成功运行，如直线加速器相干光源或汉堡的自由电子激光（FLASH），使得在原子长度和超快时间尺度上对物质进行前所未有的研究成为可能。然而，为了利用这些独特的光源，并满足光子科学中许多实验的严格要求，自由电子激光光子脉冲持续时间需要是已知的和可调的。这可以通过控制FEL驱动电子束来实现，并且可以利用高分辨率纵向电子束诊断来提供对预期FEL光子脉冲持续时间的约束。在本文中，我们提出了软X射线脉冲宽度和电子束团长度在FLASH的比较测量。软X射线脉冲持续时间测量自由电子激光辐射脉冲能量统计，并比较电子束团长度确定的相干跃迁辐射在太赫兹范围内的频域光谱和时域纵向相空间测量。实验结果，理论分析和模拟表明，高分辨率纵向电子束诊断提供合理的约束预期的自由电子激光光子脉冲持续时间。此外，我们证明了软X射线脉冲的产生与持续时间低于50 fs（半高宽）后，新的均匀的电子束团压缩计划在FLASH的实施。
2012-03-06 physics.acc-ph
Particle Beam Diagnostics
这堂课概述了束诊断技术，用于表征等离子体加速器获得的电子束团。由于空间有限，讲座的目的不是深入到单个测量的细节，而是提供对当前技术（包括正在进行的开发）的概述，突出每个技术的优点和缺点。链接的参考文献在另一边提供了关于技术方面的更深入的讨论。
2020-08-13 physics.acc-ph
Absolute and non-invasive determination of the electron bunch length in a Free Electron Laser using a Bunch Compressor Monitor
本文提出一种基于束团压缩监视器（BCM）信号与电荷统计涨落关系的方法，可在自由电子激光中非侵入式测定电子束团长度，并利用双波段探测实现绝对测量，为机器压缩反馈和连续波FEL诊断提供支持。
2023-05-26 physics.acc-ph
Diagnostic and Detectors for Charging and Damage of Dielectrics in High-gradient Accelerators
该研究旨在解决介电尾场加速器中高重复率效应的分析和缓解问题，更具体地说，研究薄壁介电尾场加速器中的充电速率和电荷分布，以及用于此类加速器应用的介电材料中的导电性和放电现象的物理学。问题是电子束晕和强尾流场在电介质充电中所起的作用，可能导致电荷聚束的不期望的偏转和电介质材料的劣化。所开发的检测器是基于测量的复杂的电导率，这将出现作为一个瞬态现象，伴随着一个或多个电荷聚束的通道，通过观察的谐振微波腔的复导纳的变化，安装在周围的介电管。该检测器还可以检测材料的永久性损坏。在发展的初始阶段，微波装置的建立和信号处理的发展，用于观察时间依赖的电介质表面和/或等离子体位于或靠近薄壁中空电介质管的内表面的电子充电。三个频率被用来提高数据处理率和信噪比。将提供等离子体测试用例的测试和性能结果;特别是，测试单元的性能显示出检测介电常数约0.1%的微小变化的能力，这将对应于从通过的电荷束到腔体内的电介质衬垫的壁的仅0.3nC的刮除。
2015-10-19 physics.acc-ph
Bunch-by-bunch measurement of transverse coherent beam-beam modes in the Fermilab Tevatron collider
本文描述了一个用于探测Tevatron中质子和反质子横向相干振荡的逐束团探测系统。它是基于信号从一个单一的光束位置监测器位于一个区域的环与大幅度的功能。信号在大量的转弯处被数字化，并使用专用算法离线进行傅立叶分析。为了增强信号，将带限噪声施加到波束约1 s。即使在高亮度下，这种激发也不会对循环光束产生不利影响。该器件的响应时间为几秒，分数调谐频率分辨率为1.6e-5，并且对60 nm的振荡幅度敏感。它补充肖特基探测器作为一个诊断工具的曲调，曲调传播，和光束光束的影响。本文给出了相干模谱的测量结果，以显示电子感应加速器调谐、束-束参数和碰撞模式的影响，并为束-束数值计算提供了实验依据。与一个简化模型的梁-梁振荡的比较也被描述。
2012-04-04 physics.acc-ph
Feasibility of proton bunch compression in an operational high-power accelerator
本文研究在散裂中子源上实验验证μ子对撞机所需质子束团极端纵向压缩方案的可行性，通过对比运行参数、射频系统能力和束流诊断，并结合初步模拟与实验进行评估。
2025-08-18 physics.acc-ph
Development of Virtual Accelerator Environment for Beam Diagnostics
为了保证大连紧凑光源（DCLS）直线加速器的正常运行，电子束团的测量和控制是至关重要的。为了测试控制算法和高级物理应用，基于ELEGANT和SDDS工具包构建了一个虚拟加速器环境。在此虚拟环境下验证了所需的束流参数测量和轨道控制工具。介绍了其设计思想和发展现状。
2014-02-26 physics.acc-ph
Beam Stabilization and Instrumentation Systems based on Internet of Things Technology
建立了一个纵向耦合聚束模式诊断，以识别和表征耦合聚束模式的最大IV 3 GeV环。识别了纵向耦合束流0型偶极子不稳定性，并建立了纵向0型偶极子阻尼器，消除了不稳定性。作为一个单独的项目，建造了一个射频电流互感器，作为直流电流互感器的紧急备用。所有的设备都是使用开源的Blinky-Lite物联网平台构建的，可以快速廉价地部署。
2019-10-17 physics.acc-ph
A two-step method for retrieving the longitudinal profile of an electron bunch from its coherent radiation
由电子聚束发射的相干辐射提供可用于估计其纵向分布的诊断信号。通常只能测量强度谱的幅度，而必须计算相关的相位以获得聚束轮廓。最近提出了一种迭代方法来恢复这个阶段。然而，在相位恢复过程中，总是存在与解的非唯一性相关的模糊性。在这里，我们提出了一种方法来克服模糊性问题，首先执行多个独立运行的相位恢复过程，然后第二，排序的好的解决方案，通过互相关分析。与各种形状的模拟聚束和实验测得的光谱得到的结果，讨论和比较与建立Kramers-Kronig方法。它示出，即使当模糊性的效果是强的，如在配置文件中的双峰的情况下，互相关后处理是能够过滤掉不想要的解决方案。我们表明，与Kramers-Kronig方法不同，所提出的组合方法能够忠实地重建复杂的聚束轮廓。
2014-07-03 physics.acc-ph
Beam tuning and bunch length measurement in the bunch compression operation at the cERL
利用离峰加速度控制有限纵向色散的纵向相空间分布来实现短聚束是一种广泛应用的技术。该技术被应用在一个紧凑的测试加速器的能量回收直线加速器计划压缩束团长度在返回回路。开发了一种利用相干跃迁辐射的诊断系统，用于光束调谐和束团长度估计。通过扫描束流参数，我们在实验上找到了实现束团压缩的最佳条件。在束团电荷为2pC时，得到了250 ± 50fs的RMS束团长度。这一结果证实了未来能量回收直线加速器（ERL）束团压缩操作的设计和调谐过程。
2017-08-31 hep-ex physics.acc-ph
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。
2003-03-27 physics.acc-ph
A simple method for the determination of the structure of ultrashort relativistic electron bunches
本文提出了一种测量X射线自由电子激光（XFEL）中100个飞秒电子束团纵向轮廓的新方法。该方法只是两个众所周知的技术的组合，其中没有以前结合到我们的知识。我们使用种子10 ps 1047 nm量子激光产生超快电子束团的精确光学复制品。复制品是在由输入波荡器（能量调制器）和短输出波荡器（辐射器）组成的设备中产生的，该设备由色散部分隔开。输出波荡器中的辐射由在光学波长处调制的电子聚束激发，并迅速达到100 MW级的峰值功率。然后，我们使用超短激光脉冲形状测量的标准方法，自相关器和光谱的串联组合（FROG-频率分辨光学门控）。电子束团的光学复制品的FROG轨迹给出了准确和快速的电子束团形状测量的方式类似于飞秒示波器。电子束团结构的实时单次测量可以提供有关束团压缩器中产生超短电子束团的物理机制的重要信息。所提出的技术的最大优点是，它可以用来确定切片的能量传播和发射度在多炮测量。可以完整地测量聚束结构，即测量峰值电流、能量扩展和作为时间的函数的横向发射度。我们用数值例子说明了所提出的方法在欧洲X射线自由电子激光电子束诊断的潜力。
2004-07-15 physics.acc-ph
Terahertz-based longitudinal phase space diagnostics of laser wakefield accelerated electron beams
Tsinghua University（清华大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）
本研究采用太赫兹横向偏转腔结合偶极磁铁，实现了激光尾场加速电子束纵向相空间的高分辨率诊断，揭示了能量窗口参数对束团时长的调控规律，为优化压缩电子束提供了策略。
2026-08-11 physics.acc-ph physics.plasm-ph
Multi-bunch Feedback Systems
由粒子束与周围环境相互作用所激发的耦合束团不稳定性会严重限制圆形粒子加速器的性能。这些不稳定性可以通过使用基于能够检测不想要的光束运动的传感器和将反馈校正应用于光束的致动器的主动反馈系统来治愈。电子技术的进步现在允许使用可编程数字系统来实现反馈回路。除了在灵活性和可重复性方面的重要优势外，数字系统还为使用新型诊断工具和其他功能开辟了道路。我们首先介绍耦合束不稳定性，分析带电粒子的运动运动方程和多束流的不同振荡模式，展示如何观察和测量它们。不同类型的反馈系统，然后将作为属于多束反馈系统的历史的实际实现的例子。还将分析反馈系统的主要组成部分和相关问题。最后，我们将集中在数字反馈系统，他们的特点和功能，以及如何将它们具体利用反馈性能的优化和束流动力学研究。
2016-01-20 physics.acc-ph
Status of the warm front end of PXIE
一个CW兼容，脉冲H-超导直线加速器被设想为升级费米实验室的注入复杂的一个可能的路径。为了验证这种机器的前端的概念，测试加速器（a.k.a.网站正在建设中。该加速器的暖部分包括10 mA DC、30 keV H离子源、2 m长的LEBT、2.1 MeV CW注入器和10 m长的MEBT，其能够产生各种束团结构。本文将报告部分组装的LEBT的调试结果，电池制造的状态，并描述MEBT的发展，特别是其斩波系统的元素。
2015-02-05 physics.acc-ph
Status of COLDDIAG: A Cold Vacuum Chamber for Diagnostics
对于超导插入装置的发展仍然开放的问题之一是对束流热负荷的理解。为了测量冷膛的束流热负荷，并希望对束流热负荷机理有更深入的了解，一个用于诊断的冷真空室正在建设中。将执行以下诊断：i）减速场分析仪，用于测量电子能量和通量; ii）温度传感器，用于测量总热负荷; iii）压力计; iv）质谱仪，用于测量气体含量。为了测试不同的几何形状和材料，内部真空室是可拆卸的。这将允许在不同的同步加速器光源中安装低温恒温器。COLDDIAG将被建造成适合在ANKA的一个短直段。预计2011年6月将首次安装在同步加速器光源Diamond上。在这里，我们描述了该装置的技术设计报告和计划的测量与束。
2010-06-01 physics.acc-ph
Feasibility of Diagnostics Undulator Studies at ASTA
先进超导测试加速器（ASTA）设施目前正在费米实验室建设中。与1毫秒的宏脉冲组成的高达3000微脉冲和与光束能量从45到800 MeV的投影，需要非拦截诊断光束的大小，位置，能量和束长度是明确的。除了已经计划的射频BPM、光学同步辐射（OSR）和光学衍射辐射（ODR）技术之外，我们还建议使用来自专用设备的波荡器辐射进行诊断。具有4- 5cm的标称周期、可调的场参数K和几米的长度。将介绍在可见光区以125 MeV的束能量将这种技术扩展到250和500 MeV束能量的UV和VUV区的可行性。
2014-08-29 physics.acc-ph
Vector electromagnetic theory of transition and diffraction radiation with application to the measurement of longitudinal bunch size
基于矢量电磁理论和Schellkunoff原理，提出了一种计算带电粒子与任意目标相互作用产生的渡越辐射（TR）和衍射辐射（DR）的谱分布和角分布的新方法。矢量方法预测在任意距离的辐射源，即在近场和远场，并在任何方向上的观察的偏振和光谱角分布。用常用的标量惠更斯模型计算的TR和DR的辐射场被证明是由矢量理论预测的限制形式，并明确显示了标量理论的有效性。TR和DR的计算使用矢量模型进行比较，在文献中提供的各种限制情况下，更普遍的利益的情况下的结果。我们的理论在TR和DR诊断的设计中具有重要的应用，特别是那些利用相干TR或DR来推断纵向聚束尺寸和形状的诊断。提出了一种利用相干TR或DR的角分布来确定束团长度的新方法。
2007-12-17 physics.acc-ph
THz based phase space manipulation in a zero-slippage IFEL
我们描述了一个IFEL相互作用驱动的引导宽带太赫兹源压缩相对论电子束团，并将其与外部激光脉冲同步。通过外部激光源的光整流产生的近单周期THz脉冲的高场与波导内的电子聚束群速度匹配，从而允许磁波荡器中的持续相互作用。我们提出了太赫兹波形的测量之前和之后的弯曲的平行板波导与不同的孔径尺寸和估计减少的群速度。对于UCLA PEGASUS实验室的概念验证实验，可以容易地产生具有初始0.03%能量扩展的6 MeV，100 fs电子束。给定这些参数和10 MV/m的投影THz峰值场，我们的模拟模型预测聚束分布的相空间旋转，其将电子聚束压缩近一个数量级，并减少相位接受窗口内的任何初始定时抖动。我们还讨论了应用这种引导太赫兹IFEL实验装置对太赫兹条纹诊断与飞秒尺度的时间分辨率的潜力。
2016-03-16 physics.acc-ph
The Origination and Diagnostics of Uncaptured Beam in the Tevatron and Its Control by Electron Lenses
在对撞机运行II中，Tevatron使用36个980 GeV质子和反质子的高强度束。未被Tevatron RF系统捕获的粒子在加速期间或在射束中止时构成对使超导磁体失超的威胁。我们描述了这个未捕获的光束的起源的主要机制，并通过一个新开发的诊断系统，目前测量其主要参数。Tevatron电子透镜有效地用于对撞机运行II的操作中，以去除未捕获的束流，并将其在中止间隙中的强度保持在安全水平。
2008-04-15 physics.acc-ph
Diagnostics upgrades for investigations of HOM effects in Tesla-type SCRF cavities
我们描述了升级的费米实验室加速器科学与技术（FAST）的电子直线加速器的诊断能力，将允许调查的影响，高阶模式（HOM）在SCRF腔的宏脉冲平均光束质量。我们研究的偶极模式，在第一通带中通常观察到在1.6-1.9 GHz的制度TESLA型SCRF腔由于均匀的电子束横向束偏移。这种腔是加速器的基础，如欧洲XFEL和拟议的MaRIE XFEL设施。初步的HOM探测器数据，原型BPM测试数据，和第一分幅相机OTR数据与~20微米空间分辨率在250 pC每束。
2018-03-02 physics.acc-ph
Electron cloud in the CERN accelerators (PS, SPS, LHC)
有几个指标指出，在欧洲核子研究中心的一些加速器中，当与密集的聚束操作时，存在电子云（EC）。特别是，在为大型强子对撞机（LHC）准备光束的最后阶段，在质子同步加速器（PS）以及超级质子同步加速器（SPS）上观察到用于光束检测、压力上升和光束不稳定性的拾取器上的虚假信号。自从LHC在2009年开始运行以来，典型的电子云现象也出现在这台机器中，当运行紧密堆积的束流（即间距小于150 ns）时。除了上述指标之外，在该机器中还可以看到其他典型的特征（由于其操作模式和/或更精确的检测可能性），如冷偶极子中的热负荷、束团相关发射度增长和存储中的退化寿命以及逐束团稳定相移，以补偿由于电子云引起的能量损失。本文将概述欧洲核子研究中心不同机器（PS，SPS，LHC）中的电子云状态，特别强调未来使用更强束流的危险以及减轻或抑制这种影响的必要对策。
2013-09-26 physics.acc-ph
Upgrades of beam diagnostics in support of emittance-exchange experiments at the Fermilab A0 photoinjector
利用电子束相空间操纵来支持自由电子激光加速器设计优化的可能性激发了我们的研究。一个正在进行的计划，展示了在费米实验室A0的光电注入器的横向水平和纵向发射度的交换，最近受益于几个关键的诊断站的升级。需要对交换器束线上游和下游的这些性质进行精确测量。将描述通过使用垂直于光束方向的YAG：Ce单晶来改善屏幕分辨率项和减少光学系统的焦深的影响。在光谱仪中测量小能量扩散（<10 keV）的要求和导致束团长度小于500 fs的交换过程也导致了其他诊断性能的调整和升级。还报道了一个纵向到横向交换的例子。
2012-08-09 physics.acc-ph
