谐振腔式束团长度监测器利用束流激励起的本征模式来测量直线加速器电子束团的纵向均方根(rms)长度。作为一种非拦截监测器，谐振腔式束团长度监测器具有大动态范围、高信噪比、结构简单等优点，尤其适合基于直线加速器的FEL装置的短束团实时无损测量。
　　本文对基于谐振腔的加速器束团长度诊断方法进行了理论研究，分析了该测量方法的基本原理、实现手段、适用范围以及测量分辨率。作者根据国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置(FELiChEM)和上海软X射线自由电子激光(SXFEL)的束流特点，设计了谐振腔式束团长度监测器。本文报告了该监测器的设计、加工、信号处理方案和离线测试结果。
　　与传统的采用TM010模式的谐振腔式束团长度监测器不同，采用了更高阶的TM020模式来增加工作频率以提高系统测量的分辨率。针对谐振腔输出信号的特点，提出了一套基于FPGA的信号处理方案。其中，信号采样使用基于双通道并行时间交替采样的高速数据采集系统，最高采样率可达1Gsps。
　　为了研究谐振腔监测器的性能，利用了一种改进的离线束流模拟方案。该方案在一根穿过谐振腔的金属丝上加载高频电流来模拟束流的频率分量。为了减小信号在金属丝传输过程中的反射，设计并安装了锥形过渡匹配段。
　　基于这套束流模拟平台，进行了束团长度测量误差的分析。通过改变金属丝的横向位置，研究了束流横向偏移对束团长度测量的影响，并提出了一种误差修正方案。利用二维网络加权法来模拟具有横向分布的束流，研究了束团横向分布对束团长度测量的影响。
　　为了提高探头的紧凑性，提出并设计了单谐振腔束团长度监测器。束流通过谐振腔时，可以在腔内同时激励起两种用于测量的本征模式。通过选择性耦合的方案，将两种模式互不干扰地提取出来，从而利用单个谐振腔实现了束团长度测量的功能。
　　一系列仿真和实验结果表明，设计的谐振腔式监测器可以实现高精度的束团长度测量，并能够提供很高的测量分辨率。