陈 健，袁任贤，俞路阳，赖龙伟，冷用斌,2,*

(1.中国科学院 上海高等研究院，上海 201204；2.中国科学院 上海应用物理研究所，上海 201800)

上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)是我国第1台能辐射出X射线的相干光源，主要由光阴极注入器、直线加速器、两级高增益谐波放大器和诊断线站构成。第1阶段为实验装置，电子束能量可被加速至840 MeV，其目标是在软X射线波段区实现9 nm出光并验证级联的高增益谐波放大模式的可行性。第2阶段将升级为用户装置，通过增加两个C波段加速结构将电子束能量增至1.5 GeV，其目标是实现2 nm出光并提供长期稳定、具有超高亮度的X射线脉冲，为材料、物理生物研究等提供高分辨成像、超快过程探索、先进结构解析等尖端研究手段[1]。

而根据自由电子激光(FEL)的运行机制，为减少FEL辐射输出功率衰退，在波荡器段需使电子束与产生的辐射光能有效进行相互作用并实现高效的能量转换和传输，从而要求电子束与光子束的轨道近乎一致[2-3]，因此要求束流横向位置测量系统的分辨率好于μm甚至亚μm量级。各种束流位置探测器中仅采用谐振腔结构的腔式束流位置测量(cavity beam position monitor, CBPM)系统能耦合束流在腔内激发的多种电磁场特征模式，具有极高的位置灵敏度，能满足此需求[4]，因而被广泛应用于各类FEL装置和国际线性对撞机中[5-7]。本文设计研制1个由C波段腔式探头、单路混频至低中频的射频前端以及自主研发的专用数字信号束流位置处理器(digital beam position monitor processor, DBPM)构成的CBPM。

1 系统需求

根据FEL物理设计给出的技术要求[1]，为满足SXFEL调试、验收、运行及机器研究的需要，在实验装置中，波荡器段束流位置测量系统需提供17个CBPM探头，分别安装在每台波荡器的入口和出口处，用于束流位置的精确测量。……