高能光源(HEPS)要求束流轨道稳定性达到0.1 μm。束流位置探测器系统(BPM)作为储存环的重要系统，其测量数据在监测和实现束流轨道稳定中具有重要作用，需要具有长期稳定性。为抑制由于机械振动、环境温度变化导致的机械形变等对BPM探头机械稳定性的影响，需为BPM探头设计独立稳定的支撑系统，使其具有较高的固有频率、较小的振动放大比和较小的温度形变。本文首先考虑温度形变，选取具有良好温度稳定性的Invar36合金作为支架的主体结构材料；为加工及安装方便，杆板结构选作支架模型，通过仿真测试寻找最优结构；利用ANSYS软件中拓扑优化寻找限制空间内实现最大固有频率的模型结构，为支架设计做指导；加工支架实物，并在实验室测量。支架实验室测量结果与仿真结果进行比较，进而优化安装方式。在四种安装方式下对支架进行测试，为支架在光源实地安装提供参考。

根据激光驱动质子束流低发射度、短脉冲、单束团低电量的性质, 研究腔式束流位置探测器(BPM)测量激光加速器产生的质子束团横向位置的可行性问题。针对质子束团的大横向分布和发散角问题, 推导了其通过腔式BPM的输出信号, 结果表明该信号与集中从束团对称中心、倾斜一定角度通过的束流产生的输出信号相同。依据上述原理, 使用CST软件进行了腔式BPM的设计和仿真, 确定了矩形谐振腔波导耦合的方案。讨论了该方案的腔式BPM对于激光加速束流的适用性和不同激光驱动质子束流参数的分辨率, 并针对PW级激光加速系统进行了分辨率估算。

介绍了数字BPM算法的原理和架构, 并基于高能物理研究所自制的数字BPM硬件平台获取了BEPC Ⅱ束流流强为600 mA条件下的ADC采样数据。然后在MATLAB环境中设计了NCO模块、CIC滤波器、FIR滤波器以及BEPC Ⅱ束流逐圈位置数据计算模块, 并给出了各模块的具体设计参数。最后通过实际ADC数据对各算法模块进行检验, 给出了各模块处理后的频域分析结果, 并得到了实际束流下水平方向和垂直方向上的逐圈位置分辨率分别为4.55 μm和4.28 μm, 为FPGA在线算法的实现与优化提供了可靠的理论依据。

We propose a new kind of microring resonators (MRR) based on 4 × 4 multimode interference (MMI) couplers for multichannel and highly sensitive chemical and biological sensors. The proposed sensor structure has advantages of compactness and high sensitivity compared with the reported sensing structures. By using the transfer matrix method (TMM) and numerical simulations, the designs of the sensor based on silicon waveguides are optimized and demonstrated in detail. We apply our structure to detect glucose and ethanol concentrations simultaneously. A high sensitivity of 9000 nm/RIU, detection limit of 2 × 10^-4 for glucose sensing and sensitivity of 6000 nm/RIU, detection limit of 1.3 × 10^-5 for ethanol sensing are achieved.

为实现数字BPM时钟系统的锁相, 设计了一种基于锁相环同步原理的低抖动、低相位噪声的时钟同步系统。根据锁相环电路工作原理, 对数字BPM时钟同步系统的硬件及固件程序进行了设计, 实现了外部输入时钟信号与系统内部产生的主工作时钟信号的锁相, 并且时钟信号输出的频率及相位均可调整以满足后端ADC采样的要求。测试结果表明, 设计可以完成对一定频率范围内变化的外部输入时钟信号的锁相, 输出时钟信号抖动满足束流实验要求, 为数字BPM后续算法研究提供了基础。

提出了一种基于光子晶体波导(PCW), 具有超低片内反射、多模干涉型(MMI)光功分器结构。通过在传统MMI型功分器的基础上引入双梯形波导结构, 降低了原有功分器由于端口反射以及谐振模反射所带来的片内反射问题。相比于传统的MMI型光功分器, 该结构片内反射降低了60%。

针对现有光纤倏逝波传感器灵敏度不高、不易封装等问题，本文提出一种超长分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟，分析相同纤芯直径，不同结构和溶液浓度对传感器灵敏度的影响，通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器，并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明：在腐蚀深度不变的情况下，增加传感长度和采用分段结构可以有效的提高传感器的灵敏度和检出限，该传感器对亚甲基蓝的探测浓度可达到10^{-6 mol/L 量级，其灵敏度高，结构简单，易制备，成本低，在物质光谱检测方面有着潜在的应用。}