光リンクシステム J-PARC リニアック高周波基準信号分配システム-J-PARC リニアック高周波基準信号分配システム

光リンクシステム J-PARC リニアック高周波基準信号分配システム
株式会社グラビトン

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この製品について

基準信号の分配システム構成図を示す。高安定なRF 基準信号12MHzは中央制御室 (CCR) から光ケーブルによりリニアックへ伝送される。

CCRにおける光変換に今回開発された専用のE/Oを用いる。リニアック最上流部において、CCRより伝送された基準信号を直接光アンプにより増幅し (Max:+21dBm) 、光カプラを用い、ローレベルRF制御 (LLRF) ステーション約60ヶ所へ分配する。光アンプ利用のため波長1,550nm を選択した。

クライストロン4台分 (高圧DC電源1台に対応) に対して1本の光ケーブルで伝送し、計17系統必要になる。1本の伝送先では5分岐し、1つを位相モニターのため上流へ戻す。残り4つの信号を各LLRF ステーションへ分配する。光信号を受け取った各LLRFステーションでは、この12MHzを基準に位相ロックをかけ、純度の高い加速信号324MHzを発生させる。ここでのPLLのループフィルタにより基準信号12MHzの速い (1kHz程度以上の) 繰り返しジッターは吸収することができる。

空洞の位相変動およびビームローディングに対しては、ディジタルフィードバック制御を行い、I/Q変調器を用いて振幅・位相の安定化を図る。これら信号の発生およびフィードバック制御システムはcPCIのモジュールとして製作する。

基準信号の光伝送には、位相安定化光ファイバ (Phase Stabilized Optical Fiber, PSOF) を使用する。PSOFは、心線の2次被覆に負の膨張係数を持たせることで優れた温度係数を実現している。現在、古河電工のみがPSOFの製造を行っている。その温度特性を評価した結果ではギャラリーの空調27±2℃に対し、必要な位相安定性を達成するには、更に光ケーブルの恒温化を図る必要がある。

そのため、この光ケーブルは断熱ダクトに敷設する。ダクト内は±0.1℃ に制御された冷却水パイプを通す。古河電工製PSOFの温度係数の測定結果は0.2°/300m/℃ (972MH) で、光ケーブルのみの位相変動を300m で±0.1℃以内とすると、光ケーブルの温度を±0.5℃以内に維持しなければならない。