Устройство для измерения средней энергии сгруппированного пучка заряженных частиц Советский патент 1989 года по МПК G01T1/29 

Изобретение относится к ускори- . тельной технике, в частности к устройствам для измерения средней энергии сгруппированного пучка заряженных частиц.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов устройства путем уменьшения пролетной базы, а также упрощение конструкции устройства,

повьиение чувствительности и расширение полосы пропускания устройства.

На фиг.i представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - фрагмент конструкции устройства; на .: фиг.З - конструкция устройства.

Устройство (фиг.1) включает в себя два полевых первичных преобразователя 1,2, установленных в канале 3 пролета пучка, два промежуточных преобразователя 4 и блок 5 сбора и обработки информации. Один из полевых первичных преобразователей 1 выполнен в виде блока 6 ввода оптичес- кого излучения,элекурооптического модулятора 7 стоячей вол1вл, блока 8 вывода оптического излучения, средства 9 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор стоячей вппны, Другой полевой первичный преобразователь 2 выполнен в виде блока 10 регулировки угла ввода оптического излучения электрооптического модулятора 11, бегущей волны, блока 12 регу- лировки узла вьшода оптического излучения и средства 13 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны. Источник 14 оптического излучения установлен вне канала 3 Пролета пучка и соединен с блоком 6 ввода оптического излучения и блоком 10 регулировки угла ввода оптического излучения. Блок 8 вывода оптического излучения и блок 12 регулировки угла вьшода оптического излучения соединены с входами промежуточных преобразователей 4. Полевые первичные преобразователи 1,2 установлены внутри канала 3 пролета пуч ка вне пучка 15 заряженных частиц. Дпина Ig электрооптическрго модулятора 11 бегущей волны удовлетворяет

соотношению 1 g /з 1

tr

где А

, V - скорость частиц в пучс

ке; с - скорость света, 1сг длина сгустка сгруппированного пучка 15 заряженных частиц.

В устройстве электрооптический модулятор 11 бегущей волны и электрооптический модулятор 7 стоячей волны выполнены в виде волноводных оптических каналов 16 на поверхности , электрооптического кристалла 17.

В устройстве электрооптический мо- дуля тор стоячей волны выполнен в вйг де волноводного оптического-канала 16 в диэлектрическом основании 18 ради

0

Q j 5 Q

0

5

5

0

5

альной линии 19, включенной в разрыв канала 3 пролета пучка.

В устройстве электрооптический модулятор 7 стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала 16 в диэлектрическом основании 18 конусной линии, включенной в разрьш канала 3 пролета пучка.

В устройстве электрооптический модулятор 7 стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала 16 в диэлектрическом основании 18 полосковой линии, включенной в разрыв канала 3 пролета.

В устройстве средство ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны выполнено в виде коаксиальной структуры,образованной тонкостенным металлическим цилиндром 20 и стенками канала 3 пролета пучка.

В устройстве средство 13 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны вьтолнено в ви- Де полосковой линии, образованной стенками канала пролета и полоско- вым проводником.

Устройство работает следующим образом.

Пучок заряженных частиц 15, пролетая по каналу 3 пролета пучка, создает в области расположения пер вичных преобразователей 1,2 электромагнитное поле. Средство 13 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны и средство 9 ввода электромагнитного поля пучка в модулятор стоячей волны преобразуют электромагнитное поле пучка 15 Заряженньгх частиц в электромагнитное поле в электрооптическом модуляторе 11 бегущей волны и электрооптическом модуляторе 7 стоячей волны.Оптическое излучение, вводимое в электрооптический модулятор 11 бегущей волны через блок 10 регулировки угла ввода оптического :идлучения и в электрооп тический модулятор 7 стоячей волны через блок 6 :ввода оптического излучения, модулируется электромагнитным полем, введенным в модуляторы. Промодулирован- ное оптическое излучение через блок 12 регулировки угла вьшода оптического излучения и блок 8 вывода опти-t ческого излучения выводится в промежуточные преобразователи 4. Сигнал с выхода двух промежуточных преобразователей 4 передается в блок 5 сбора

и обработки информации, где производится измерение интеисивиости промо- дулированиого оптического излучения и определяются приведенная скорость и средняя энергия.

Оптическое излучение вводится в электрооптический модулятор 11 бегу-, щей под определенньо4 углом к его оптической оси, парашшльной траектории пучка 15 заряженных частиц с пе 1ощью блока 10 регулировки угла ввода оптического излучения. При этом изменяется эффективная дпина взаимодействия оптического излучения в электрооптическом модуляторе 11 бегущей волны с электромагнитном полем пучка 15 заряженных частиц. Блок 12 регулировки угла вывода оптического излучения обеспечивает вывод оптичес- кого излучения по одному и тому же пути при различных углах ввода. Длина модулятора бегущей волны выбрана меньше приведенной длины сгустка сгруппированного пучка заряженных частиц для обеспечеиия динамических измерений. При выборе длины с тоя- чей волны Ij., много меньшей длины модулятора бегущей волны Ig, и при обеспечении равенства их чувствитёль- ностей Sc и Sg приведенную скорость определяют из соотношения для интенг сивностей оптического излучения на вы выходе модулятора бегущей волны Jg и на выходе модулятора стоячей волны

Г W / п 1 V lei

Зб Ь- ,

( ) ij

с cosЧР 1Г 2

О) 2 f, f частота следования сгустков частиц;

д - угол ввода оптического излучения в дулятор бегущей волны;

с - скорость света;

п - показатель преломления электрооптического кристалла модулятора бегущей волны.

Электрооптический модулятор П бе- ей волны и электрооптический модуор 7 стоячей волны вьтолнены в виполноводных оптических каналов 16 поверхности электрооптического .

50

Q 5 0 5 0

5

0

5

0

кристалла 17, обеспечивая верхнюю граничную частоту полосы пропускания модулятора до 20 ГГц, соответствующую физическим ограничениям волноводного электрооптического модулятора. Для повышения чувствительности полевых первичных преобразователей 1 и 2 предложены различные средства ввода электромагнитного поля в модулятор, в част-ч ности, для электрооптического модулятора 7 стоячей волны предложено принять радиальные линии 19, полоско- вые и конусные линии, включенные в разрьш канала 3 пролета пучка. При этом чувствительность полевого первичного преобразователя пропорциональна волковому сопротивлен ию линии и выбор величины волнового сопротивления радиальной линии 19, полосковой или конусной линии определяет чувствительность полевого первичного преобразователя 1. Для модулятора 11 бегущей волны предложено применять коаксиальные и полосковые линии.

Суть предложения сводится к реализации полевых первичных преобразователей 1,2 на основе электроопти- чёского модулятора 1I бегущей волны и электрооптического модулятора 7 стоячей волны, к введению источника 14 оптического излучения и регулировке угла ввода оптического излучения в электрооптический модулятор П бегу: .щей волны,обеспечивающей изменение эффективной длины взаимодействия электромагнитного поля пучка 15 заряженных частиц с оптическим излучением, интегральному исполнению электрооптического модулятора 11 бегущей волны и электрооптического модулятора 7 стоячей волны в виде водноводных оптических каналов 16 и к применению эффективных средств ввода электромагнитного поля в модулятор 7 стоячей волны в виде радиальной линии 19, полосковой и конусной линий и эффек- THBHbtx средств ввода электромагнитного поля пучка в модулятор 11 бегущей волны в виде коаксиальной и полосковой линий.

Устройство для измерения средней энергии сгруппированного пучка заряженных частиц обеспечивает возмояг- к.,сть динамических измерений средней энергии в фиксированном сечении за счет существенного уменьшения пролет- най базы. Пролетная база уменьшается по меньшей мере на порядок по срав- нению с устройствами, осуществляющими измерение средней энергии по времяпролеТной методике. Длина эл ект- с рооптического модулятора 11 бегущей волны - меньше , в то вр:амя как расстояние между полевыми первичньми преобразователями, определяющее продольный размер устройства, произво- ю дящего измерение по времяпролётной методике, составляет до 1 м. Введение в конструкцию устройства блока 10 регулировки угла ввода оптического излучения позволяет расширить 15 диапазон измерения средней энергии, так как эффективная длина- взаимодействия электромагнитного поля пучка с оптическим излучением может из-- меняться по меньшей мере на порядок. 20 Устройство может реализоваться по интегральной технологии. Выбранные соотношения размеров и чувствительности полевых первичных преобразователей 1J 2 позволяют определить приве- денную скорость по относительно простой формуле. Широкий выбор средств ввода электромагнитного поля пучка в модуляторы позволяет изменять чувствительность устройства.30

При применении в электрооптическом модуляторе 1 1 бегу1Е(ей волны кристалла КДР (дигидрофосфат калия) с п 1 ,5 и длиной 1 м при частоте следования сгустков f 3 ГГц диапа- 35 зон измерения приведенной энергии составляет от 1 ,09 до х, Наиболее эффективными являются измерения при 1,09 у- 5, При изменении i/ изменяется диапазон эффективного измерения 40

.у . Например, при tf 45 - ----

2,12° и, следовательно, 0,13 0,85,

Реализация изобретения позволяет дз получить следующие технико-экономические преимущества: повышение метрологических возможностей эксперимента, обеспечение динамических измерений средней энергии в фиксированном сеч-е- . НИИ, расширение диапазона измерения средней энергии путем регулировки ввода оптического излучения, создание серийноспособной конструкции устройства,eg Формула изобретения

1,Устройство для измерения средней энергии сгруппированного пучка заря)кенных частиц, содержащее канал пролета пучка, два полевых первичных преобразователя, два промежуточных преобразователя и блок сбрра и обработки информации, причем выходы первичных преобразователей соединены с входами промежуточных преобразователей а выходы промежуточных преобразователей соединены с входом блока сбора и обработки информации, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения энергии и уменьшения габаритов устройства путем уменьшения длины пролетной базы, в устройство введен источник оптического излучения, один из полевых пер- вичньк преобразователей выполнен в виде блока ввода оптического излучения, электрооптического модулятора стоячей волны, блока вывода оптического излучения и средства ввода электромагнитного поля пучка в модулятор стоячей волны, а другой полевой первичный преобразователь выполнен в виде блока регулировки угла -ввода оптического излучения, элекрооптического модулятора бегущей волны, блока регулировки вьшода оптического излучения и средства ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны, пpичe источник оптического излучения соединен с блоками ввода оптического излучения и регулировки угла ввода оптического . излученияJ а длина 1 электрооптического модулятора бегущей. волны удовлетворяет

соотношению 1 ,- б

D

где /э

V

--- 5 V - скорость частиц в пучке

ICP длина сгустка сгруппированного пучка частиц;, с - скорость света

2.Устройство по л,1 5 о т л и -- чающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, модуляторы бегущей и стоячей волны вьшолнены в виде волноводных оптических каналов.

3.Устройство по п,1; отличающееся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности, элактро- оптический модулятор стоячей волны выполнен в виде волноводного оптического канала в диэлектрическом основании радиальной линии, включенной в разрьш канала пролета пучка.

4.Устройство по п., о т л и - чающееся тем, что, с целью

повышения чзгвствительности, электро- оптнческий модулятор стоячей волны вьшолнен в виде волноводного оптического канала в кощгсной линии, включенной в разрью канала продета пучка.

5.Устройство по п.1, о т л и- чающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, электро- оптический модулятрр стоячей волны вьтолнен в виде волноводного оптического канала в диэлектрическом основг- ник полосковой линии, включенной в разрьш канала пролета пучка.

6.Устройство по П.1, о т л и - чающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности и расширения полосы пропускания устройства,

НО

в канал пролета пучка введен :тонко- стенный металлический цилиндр, а средство ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны выполнено в вида коаксиальной структуры, образованной тонкостей-.- ным металлическим цилиндром и стенками канала пролета пучка.

7. Устройство по п., о т л и - чающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности, в канал пролета пучка введен полосковый проводник, а средство ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны выполнено в виде полосковой линии, образованной стенкой канала пролета пучка и пялосковь м проводником .

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов устройства путем уменьшения пролетной базы, а также упрощение конструкции устройства, повышение чувствительности и расширение полосы пропускания. Устройство содержит канал пролета пучка частиц, два полевых первичных преобразователя, промежуточные преобразователи и блок сбора и обработки информации. Расширение диапазона измеряемых энергий и уменьшение габаритов устройства достигается выполнением полевых первичных преобразователей на основе электрооптических модуляторов бегущей и стоячей волн, введением источника оптического излучения и регулировкой угла ввода оптического излучения в модулятор бегущей волны, обеспечивающей изменение эффективной длины взаимодействия электромагнитного поля пучка частиц с оптическим излучением. Упрощение конструкции устройства, повышение чувствительности и расширение полосы пропускания достигается интегральным исполнением электрооптического модулятора бегущей и стоячей волн в виде волноводных оптических каналов и применением эффективных средств ввода электромагнитного поля в модулятор стоячей волны в виде радиальной, полосковой и конусной линий и эффективных средств ввода электромагнитного поля пучка в модулятор бегущей волны в виде коаксиальной и полосковой линий. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

19 18

- J /7

/ //

fua.S