Die R&S®RTO/RTP Oszilloskope in der Beschleunigerphysik

In der Beschleunigerphysik müssen häufig gepulste Signale gemessen werden. Der digitale Trigger und die rauscharme Eingangsstufe der R&S®RTO/RTP Oszilloskope ermöglichen die hochpräzisen Messungen, die für die Charakterisierung des Versuchsaufbaus benötigt werden. Mehrere Messfunktionen, die speziell für die Beschleunigerphysik entwickelt wurden, unterstützen eine detaillierte Signalanalyse.

© Soleil.
© Soleil.

Ihre Anforderung

Experimente in der Beschleunigerphysik, z. B. in Synchrotronlaboren, erfordern häufig sehr exakte Messungen der Pulsparameter oder des Jitters zwischen zwei Signalen. Diese Daten müssen sowohl beim Start und bei der Charakterisierung des experimentellen Messaufbaus als auch während des Betriebs zur kontinuierlichen Überwachung gemessen werden. Zur Überwachung müssen die Daten gespeichert und mit einer hohen Aktualisierungsrate heruntergeladen werden, um jeden Puls eines Freie-Elektronen-Lasers, der z. B. mit 100 Hz betrieben wird, zu erfassen.

Lösung von Rohde & Schwarz

Mit ihrer äußerst hohen Genauigkeit sind die R&S®RTO/RTP Oszilloskope eine ideale Wahl für diese Anwendung. Die rauscharme Eingangsstufe und der monolithische Single-Core-Analog-/Digitalwandler mit 10 Gsample/s bieten eine effektive Auflösung mit einer effektiven Anzahl von Bits > 7 für präzise Messdaten. Die Abtastauflösung von 100 ps ermöglicht die Erkennung von hochfrequenten Signalanteilen. Die digitale Trigger-Architektur ist der Schlüssel für den niedrigen Trigger-Jitter von 1 ps (eff.). Die Option R&S®RTO-B4 temperaturgeregelter Oszillator (OCXO) verbessert die Genauigkeit der Zeitbasis auf 0,2 ppm. Dies ist wichtig, um Langzeitdriften zu minimieren. Die R&S®RTO/RTP Oszilloskope führen die Messungen schnell durch: 600.000 Maskentests/s entdecken Signalabweichungen schneller als je zuvor. Grundsätzlich eignen sich die R&S®RTO/RTP Oszilloskope hervorragend für präzise Messungen in vielen Laboranwendungen der Beschleunigerphysik, wie beispielsweise Synchrotrons oder Freie-Elektronen-Laser.

Anwendung

Strahlqualität-Sicherheitsverriegelungssystem

Mit der Einführung des kontinuierlichen Top-Up-Betriebs bei Synchrotron-Strahlungsquellen muss der Injektionsprozess vollautomatisiert sein. Dies erfordert wesentliche Änderungen im Steuersystem und erhöht die Notwendigkeit für ein neues Sicherheitsverriegelungssystem, um Schäden beispielsweise am Synchrotron zu vermeiden. Die R&S®RTO/RTP Oszilloskope sind ideale Werkzeuge für solche Sicherheitsverriegelungssysteme. Ihr schneller Maskentest überwacht den Puls, der den Injektionskicker in einem Synchrotron steuert. Das R&S®RTO/RTP verhindert Schäden am Synchrotron, indem es den Injektionsprozess stoppt, falls die Kickerpulse nicht in Ordnung sind und die Maske verletzt wird. Darüber hinaus ist der vollständige Fernbetrieb ein großes Plus, da Experten bei der Fehlerbeseitigung aus der Ferne helfen können, während sie vollen Zugriff auf das R&S®RTO/RTP haben.

Messkurven können mit Raten von bis zu 100 Hz erfasst und heruntergeladen werden
Messkurven können mit Raten von bis zu 100 Hz erfasst und heruntergeladen werden
Lightbox öffnen

Überwachen von HF-Pulsen im Beschleunigungspfad eines Freie-Elektronen-Lasers

Bei Freie-Elektronen-Lasern (FEL) wird die Pulsform der HF-Pulse kontinuierlich überwacht, um Schäden am Beschleuniger zu vermeiden. Dafür ist es erforderlich, dass jeder einzelne Puls erfasst wird und dass die Daten kontinuierlich aufgezeichnet werden. Die neueste FEL-Generation steigert die Pulsrate auf 100 Hz. Die R&S®RTO/RTP Oszilloskope ermöglichen die Messkurvenerfassung und den Download auf einen PC mit Raten von bis zu 100 Hz, um „jeden Puls“ zu erfassen.

Der Jitter zwischen zwei Signalen kann mit einer Genauigkeit im Subpikosekundenbereich gemessen werden
Der Jitter zwischen zwei Signalen kann mit einer Genauigkeit im Subpikosekundenbereich gemessen werden
Lightbox öffnen

Jitter zwischen Laserpuls und Synchrotron

In vielen Experimenten müssen unterschiedliche Pulsquellen synchronisiert werden. Ein Beispiel ist der Abgleich eines Laserpulses mit einer Synchrotronquelle auf Basis der Laufzeitmessung. Für die Messgenauigkeit ist es entscheidend, dass jeglicher Jitter zwischen den beiden minimiert wird. Der präzise digitale Trigger der R&S®RTO/RTP Oszilloskope ist zusammen mit der OCXO-Option die einzige Möglichkeit, eine Genauigkeit im Subpikosekundenbereich für die Zeitkorrelation zwischen zwei Pulsen zu erreichen. Der Benutzer kann die Laufzeitmessergebnisse in der Messstatistik, der Histogrammverteilung und im Long Term Trend analysieren.

Genauigkeitsmessungen der Trigger-Verteilung

Das Trigger-Signal eines Synchrotrons oder eines FEL ist für alle Zeitauflösungsexperimente wesentlich. Das Trigger-Signal, das üblicherweise in der Messwarte zur Verfügung steht, muss im gesamten Forschungsinstitut verteilt werden. Um eine Genauigkeit im Subpikosekundenbereich zu erreichen, müssen thermische und andere Signalfluktuationen korrigiert werden. Wie lassen sich solche Trigger-Verteilsysteme charakterisieren? Die digitale Trigger-Architektur der R&S®RTO/RTP Oszilloskope ermöglicht zusammen mit der Option R&S®RTO-B4 OCXO eine herausragende Genauigkeit von weniger als 1 ps bei Pulsen, die mehrere Mikrosekunden auseinander liegen.

Vergleich des Trigger-Jitter bei analogem Trigger (links) und digitalem Trigger (rechts)
Vergleich des Trigger-Jitter bei analogem Trigger (links) und digitalem Trigger (rechts)