大动态范围软X射线扫描变像管设计与测试

提出并设计了一种旨在获得大动态范围的软X射线扫描变像管.该管型在保证大的阴极有效使用面积的情况下,通过减小电子的渡越时间来减小空间电荷效应对扫描变像管性能的影响,从而改善扫描变像管的动态范围.借助于YAG皮秒激光器对其性能进行了实验评价,获得了时间分辨率优于31 ps和动态范围大于922的结果.     

大动态范围软X射线飞秒变像管

 为获得能够实际应用的飞秒时间分辨软X射线变像管,提出并完成了一种新的扫描变像管管型的理论设计。新管型采用五电极平面对称静电柱透镜,它易于对电子束进行强聚焦,且没有轴对称透镜的电子束聚焦交叉点,由此可以缩短变像管长度,减小渡越时间弥散和抑制空间电荷效应,从而提高动态范围和时间分辨率。通过模拟计算得到：在光电子初能量色散半高宽为1.6 eV、狭缝面积为10 mm×20 μm、时间分辨能力为500 fs时,软X射线变像管有用的动态范围约100倍。     

附加电极对扫描变像管性能的优化

 通过分析影响变像管性能的主要因素,以提高其时间分辨率、空间分辨率和动态范围为优化思路,确定了在扫描变像管中荧光屏邻近区域引入等径螺旋电极以产生纵向均匀加速场的优化方案。分析得知,该优化结构可以在几方面改善变像管的性能:增加粒子到达荧光屏的纵向速度、减小粒子通过偏转板与荧光屏之间区域的渡越时间和渡越时间弥散、提高荧光屏的亮度。在横向约束带电粒子束的发散,通过减小空间电荷像差而改善电子光学系统的空间分辨率。另外,附加电极的引入也为降低加速阳极电位和偏转电极电位从而提高偏转系统的灵敏度提供了一定的空间。     

宽量程高时间分辨扫描变像管

 为改善大偏转角度的偏转像质,设计了一种高时间分辨、大扫描长度的扫描变像管电子光学和行波偏转系统。对变像管后加速技术进行了实验研究,结合图像外增强技术,解决了大面积扫描图像的探测灵敏度问题,达到了同时扩展扫描变像管的时间量程和提高时间分辨力的目的,研制出了宽时间量程、高时间分辨力的扫描变像管。初步实验表明,在量程为5 ns时,时间分辨力达到5 ps,也就是时间分辨力与时间量程之比达到1/1 000。     

变像管皮秒分幅和飞秒扫描相机的实验研究

本文将描述两种变像管皮秒分幅相机和一种飞秒扫描相机的设计特点、动态测试方法和实验结果。第一种变像管皮秒分幅相机采用了交叉点扫描多光栏分幅的方法,其变像管具有长加速电极和短阳极的静电弱聚焦系统与偏转灵敏度高、偏转像质好的偏转群体结构;其超快速控制电路只需一个光电开关斜坡电压脉冲发生器和一个特殊设计的脉冲成形网络即可送出具有合适时间关联的4对正负极性三角波和一对正负极性的单台阶液电压脉冲。实验表明,该相机在提供6幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为80ps,除 3～4幅图像间的时间间隔为680ps外,其余均为160ps,动态空间分辨率达到5.51p/mm。第二种变像管皮秒分幅相机采用快门式分幅方法;其变像管采用行波偏转系统,内增强MCP做成带状线结构,并具有输入输出阻抗变换器,其三台阶波和快门脉冲序列均由光电开关电路和脉冲成形网络产生。该相机在提供三幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为660ps,画幅之间的时间间隔均为4ns,动态空间分辨率为5.5lp/mm。飞秒扫描相机采用MCP内增强飞秒扫描变像管、具有负时间畸变的中继透镜和无触发晃动的光电开关扫描电路。实验证明,该相机在时间分辨率为500fs时,其动态范围为30;当时间分辨率为1.2ps时,其动态范围可达500;无扫描图像弯曲现象,触发晃动为±2ps.     

大动态范围飞秒扫描变象管理论设计与实验评价

设计了一种具有大动态范围的多用途飞秒扫描变象管,其理论时间分辨率可达50fs.分别借助掺钛蓝宝石飞秒激光器和YAG皮秒激光器对其性能进行了实验评价.获得了同步工作状态下时间分辨率1.8ps以及单次扫描工作状态下动态范围优于128:1的结果.     

皮秒同步扫描相机系统的研究

皮秒同步扫描相机系统主要包括皮秒同步扫描变像管、同步扫描线路和CPM激光器。皮秒同步扫描变像管在保证时间分辨率和空间分辨率的同时,着重对偏转系统进行了改进。不仅要使其偏转灵敏度大幅度提高,而且要设法减小其极间电容、引线电感和趋虑效应,从而提高了其品质因数,使其对扫描线路的功率要求大幅度减小。所研制的     

各向异性聚焦大动态条纹变像管

建立了各向异性聚焦大动态条纹变像管电子光学模型,通过求解整个系统的电场分布对可能的高压打火点进行了分析,研究了电四极透镜对条纹管放大倍率以及静态和动态像质的影响,并计算了该管型的时间畸变.结果表明,在20mm长狭缝的情况下,时间畸变为15ps,在这15ps内,偏转器所施加的扫描电压的变化范围仅为3.06V,因此由时间畸变导致狭缝像弯曲的现象几乎可以忽略.实验测试得该条纹相机的时间分辨可达1.8ps,在时间分辨为8ps时,动态范围超过1 000∶1.     

动态范围2000的皮秒时间分辨软X射线扫描相机

优化设计和研制了一种旨在获得大的动态范围的皮秒时间分辨软X射线扫描相机系统.该相机阴极有效面积Φ30mm,聚焦电压8kV,有效防止了打火对动态范围的影响;摒弃了微通道板内增强器,引入了后加速系统,以保证足够高的荧光屏量子效率;采用了大动态范围的像增强器进行图像外增强.借助于皮秒激光器动态测试和标定系统对其性能进行了实验评价,获得了动态范围大于2000的结果.     

条纹变像管时间畸变的分析

应用于惯性约束核聚变和非扫描式激光雷达等的条纹变像管要求具有较大的探测面积,条纹变像管的探测面积越大,其时间畸变就越大,从而影响条纹相机的探测精度,且会导致荧光屏上成像畸变.本文计算了条纹变像管内部的电场分布,并追踪电子运行轨迹,对条纹变像管的时间畸变进行了分析.结果表明:造成条纹变像管时间畸变较大的区域是阴极到偏转板前的部分;其主要影响因素是阴极曲率半径,且阴极曲率半径存在一个最佳值使得条纹变像管的时间畸变最小,大于该最佳值,条纹变像管会产生正的时间畸变,反之,条纹变像管会产生负的时间畸变;时间畸变的绝对值随着光电子从阴极发射的初始高度的增大而增大;光电子初始能量对条纹变像管的时间畸变的影响很小.同时,模拟了不同阴极曲率半径下由于时间畸变不同导致的动态扫描狭缝像的弯曲情况,时间畸变越小,狭缝像弯曲程度越小.