Oscilloscopi R&S®RTO/RTP nella fisica degli acceleratori

Attività da eseguire

Gli esperimenti nel campo della fisica degli acceleratori, ad esempio nei laboratori con sincrotroni, necessitano spesso l'esecuzione di misure molto accurate dei parametri degli impulsi o del jitter tra due segnali. Questi dati devono essere misurati durante l'avvio e la caratterizzazione della configurazione sperimentale, nonché durante il funzionamento per il monitoraggio continuo. Durante la fase di monitoraggio continuo, i dati devono essere memorizzati e scaricati con una frequenza elevata, per intercettare ogni impulso di un laser a elettroni liberi operante, ad esempio, a 100 Hz.

Soluzione Rohde & Schwarz

I ricercatori apprezzeranno l'eccezionale accuratezza degli oscilloscopi R&S^®RTO/RTP. Lo stadio d'ingresso a basso rumore e il convertitore A/D monolitico single-core da 10 Gsample/s offrono una risoluzione effettiva > 7 ENOB per ottenere risultati di misura molto precisi. La risoluzione di campionamento di 100 ps consente il rilevamento dei componenti dei segnali ad alta frequenza. L'architettura a trigger digitale è fondamentale per contenere il jitter entro solo 1 ps (RMS). L'oscillatore termostatato OCXO (Oven Controlled Oscillator) R&S^®RTO-B4 opzionale migliora l'accuratezza della base dei tempi fino a 0,2 ppm, importante per ridurre al minimo le derive a lungo termine. Gli oscilloscopi R&S^®RTO/RTP eseguono le misure con rapidità: 600.000 test maschere/s rilevano gli scostamenti del segnale a una velocità mai vista prima. Nel complesso, gli oscilloscopi R&S^®RTO/RTP sono perfetti per eseguire misure precise in molte applicazioni dei laboratori di fisica degli acceleratori, ad esempio nei sincrotroni o nei laser a elettroni liberi.

Applicazione

Sistema di interblocco di sicurezza per la qualità del fascio

Con l'introduzione del funzionamento a rabbocco continuo (top-up) delle sorgenti di luce dei sincrotroni, il processo di iniezione deve essere completamente automatizzato. Servono, pertanto, importanti modifiche al sistema di controllo, nonché un nuovo sistema di interblocco di sicurezza per prevenire danni (ad esempio al sincrotrone). Un oscilloscopio R&S^®RTO/RTP è lo strumento ideale per tali sistemi di interblocco di sicurezza. La sua funzione di test con maschera veloce monitora l'impulso che guida il kicker di iniezione in un sincrotrone. L'oscilloscopio R&S^®RTO/RTP previene i danni al sincrotrone arrestando il processo di iniezione se gli impulsi del kicker non sono corretti e la maschera viene violata. Inoltre, la piena operabilità da remoto è un grande vantaggio, perché consente ai ricercatori di affrontare la risoluzione dei problemi a distanza, pur avendo pieno accesso a tutte le funzioni dell'oscilloscopio R&S^®RTO/RTP.

Monitoraggio degli impulsi RF nel percorso di accelerazione dei laser a elettroni liberi

Nei laser a elettroni liberi (FEL, Free Electron Laser), la forma degli impulsi RF è monitorata in modo costante per prevenire danni all'acceleratore. È quindi necessario acquisire ogni singolo impulso e registrare continuamente i dati. Il laser a elettroni liberi di ultima generazione aumenta la frequenza degli impulsi a 100 Hz.Un oscilloscopio R&S^®RTO/RTP permette l'acquisizione e il download della forma d'onda su un PC a una frequenza massima di 100 Hzper intercettare "ogni impulso".

Jitter tra impulso del laser e sincrotrone

In numerosi esperimenti è necessario sincronizzare diverse sorgenti di impulsi: un esempio è l'allineamento dell'impulso del laser con una sorgente del sincrotrone in base alla misura del ritardo. Per l'accuratezza della misura è fondamentale che il jitter tra i due sia ridotto al minimo. Il preciso trigger digitale degli oscilloscopi R&S^®RTO/RTP, in combinazione con l'opzione OCXO, è l'unico mezzo per ottenere un’accuratezza inferiore al picosecondo nella correlazione temporale tra due impulsi. Si possono analizzare i risultati delle misure del ritardo utilizzando le statistiche di misura, la distribuzione dell'istogramma e la tendenza a lungo termine.

Misure dell'accuratezza di distribuzione del trigger

Il segnale di trigger di un sincrotrone o di un FEL è cruciale per tutti gli esperimenti con elevata risoluzione temporale. Il segnale di trigger, generalmente disponibile nella sala di controllo, deve essere distribuito nell'intero laboratorio di ricerca. Per ottenere un'accuratezza inferiore al picosecondo, occorre correggere le fluttuazioni termiche e di altro genere dei segnali. Come caratterizzare tale sistema di distribuzione del trigger? L'architettura a trigger digitale degli oscilloscopi R&S^®RTO/RTP equipaggiati con l'opzione OCXO R&S^®RTO-B4 assicura un’accuratezza eccezionale, inferiore a 1 ps, su impulsi distanti diversi microsecondi.