光学CCD快门系统特性

基于国内惯性约束聚变实验精密化需求,开展了可见光CCD机械快门特性研究的分解实验,定量表征了机械快门的时间特性,不仅为物理实验参数设置提供了依据,也对信号强度不确定度的定量分析提供了基准数据。另外根据物理实验的实时控制需求,设计开发了一套机械快门状态检测系统,它能及时快速反馈快门运转情况,提高了实验的可靠性。     

科学级光学CCD非线性特性测试

在惯性约束聚变(ICF)实验研究中,科学级CCD常和光谱仪、条纹相机等诊断设备组合进行冲击波等物理过程的时间、空间方面的诊断研究。非线性作为CCD一个非常重要的性能参数,在实验的后处理过程中有着相当重要的作用,实验分别采取固定曝光时间,改变光源的出射功率密度、固定光源的输出功率密度和改变CCD的曝光时间两种方案对TEK 512×512DB CCD的非线性特性进行测试,计算得到两种实验方案下该CCD的非线性度分别为0.595%和0.508%,并通过对各种因素的评估得到第一种标定方案为最佳,为科学级CCD的性能参数自动测试平台的建立提供参考。     

透射光栅谱仪测谱不确定度分析

透射光栅谱仪广泛应用于惯性约束聚变和其他激光等离子体相互作用领域. 而辐射光谱的精确测量依赖于测量设备的不确定度. 本文从标定过程出发, 分析了标定实验对透射光栅各级衍射效率带来的不确定度. 结合标定实验带来的不确定度, 分析了实验结果解谱过程带来的不确定度. 给出了0.1-5keV能段测量光谱的不确定度. 关键词： 不确定度 透射光栅 实验标定     

X光条纹相机时间性能标定

 X光条纹相机在惯性约束聚变实验诊断中具有重要作用，它的性能技术指标的精确标定是实验数据可信度的基础。在上海激光联合实验室的20 TW激光器上对X光条纹相机的扫速、时间分辨等时间性能进行了标定，取得了较好的结果。标定结果显示相机的各项性能与出厂标称值有了较大改变。标定的实验结果可有效提高ICF实验数据处理和物理分析的可靠性。     

同步辐射应用于软X射线探测器的标定

介绍同步辐射(SR)在惯性约束聚变(ICF)研究中的应用.北京同步辐射光源(BSRF)在专用光运行模式下,束流强度35—110mA,贮存环电子能量2GeV.标定前,首先采用1000PL/mm透射光栅作色散元件,对光源进行单色性研究,用面阵软X光CCD对光斑进行均匀性研究.在3W1B束线上,可用能区50—1550eV,通过不同材料前置滤片抑制高次谐波,获得单色性好于95%的单色光.几年来,对十余种ICF实验诊断用软X光探测元器件及设备进行了能量响应绝对标定.大量实验标定数据被用于ICF实验诊断,提高了ICF实验数据的精度     

惯性约束聚变的进展

现阶段受控热核聚变研究的两个主要途径是磁约束聚变与惯性约束聚变.惯性约束聚变目前主要是采用激光驱动的方法,在1987-1988年间取得了突出的进展. 劳仑斯·里弗莫尔国家实验室(LLNL)用NOVA激光器进行的一系列实验中是采用0.35μm的激光,能量为20000J.实验结果,等离子体密度n与约束时间■的乘积n■～5×1014s·cm-3,密度被压缩到液态氖氖密度的100-150倍.这些爆聚实验与假定理想球对称时磁流体模拟的预言一致.这些结果支持了如下的观点:如果以数百万焦耳能量的激光驱动高性能的靶,激光聚变可达到高的能量增益(能量增益超过100). 罗彻斯…     

激光CCD复合测量方法在ICF靶丸球度误差检测中的应用

 提出一种基于激光与CCD的复合式测量方法,结合二者的优势,通过测量同一标准球球心的位置标定出了二者光轴的位置关系,有效地把二者测量的数据融合到同一个坐标系中,从而实现高精度的3维测量。在对所测靶丸表面数据进行去噪处理后,采用拟牛顿法,以CCD所测惯性约束聚变(ICF)靶丸直径作为部分待求参数的初始值,可以有效避免该方法容易陷入局部最优化的缺陷。从而快速、准确地实现靶丸球度误差的测量。分别在两种测量模式下进行了实验,结果验证了该方法的有效性与鲁棒性。     

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从噪声来源出发,基于入射光子、暗电流、偏置信号的涨落均近似满足泊松分布的条件,得到了更为精准的信噪比表达式。实验设置CCD增益、读出速率、冷却温度分别为3、100k Hz、?25°C,得出光子转移曲线。通过设置不同实验条件,分别探讨了暗电流、读出速率和系统增益对该科学级光学CCD信噪比的影响。实验结果与理论预期吻合得很好,为科学级光学条纹相机的设计以及弱光标定实验室自动化平台的搭建提供了良好的实验依据。     

透射光栅的实验标定和衍射效率的理论模拟

透射光栅广泛应用于软X射线能谱测量.为了获得用于惯性约束聚变研究的透射光栅的各级衍射效率及其他参数,在北京同步辐射源上200—1600 eV能量范围内对其进行了标定,获得了透射光栅衍射效率的实验结果.扩展了透射光栅衍射效率的计算方法,提出了7边准梯形截面衍射效率计算模型.分析拟合了实验数据,理论结果与实验结果很好符合.得到了7边准梯形的透射光栅栅线截面结构. 关键词： 透射光栅 衍射效率 实验标定 光栅模型     

惯性约束聚变中环孔编码图像恢复的改进维纳滤波方法

针对惯性约束聚变(ICF)中环形孔径编码图像的恢复问题提出了一种改进的维纳滤波方法。在传统的维纳滤波方法中,由于原图像和噪声是未知的,故通常是用某一待定常量来代替其中的噪声与信号的谱密度之比。这种近似忽视了信号与噪声本身的信息,从而造成丢失某些关键的细节,难以达到高质量的图像复原效果。在改进的方法中,首先采用传统维纳滤波方法求得初始估值,然后利用该初始值求得原图像及噪声的谱密度估值,进而利用这些新获得的信息构成改进的维纳滤波器对退化图像进行第二次滤波。实验表明,这种改进方法可以克服原方法的不足,突出图像的一些关键细节,提高图像的整体质量。在仿真实验中,恢复图像的均方误差降低了15％以上;在实际惯性约束聚变图像的解码恢复实验中,图像恢复效果亦有显著改善。该方法还可以推广到其他图像恢复的应用中。     

CCD固体成像器件性能测试方法的研究

CCD图像传感器是目前科学成像领域主流的固体成像器件。一般而言, 当成像系统中使用CCD器件时, 首先需要测量它的一些性能指标, 这是判断该CCD器件是否满足整个系统性能要求的重要依据。对CCD成像器件性能的测试方法进行了探讨, 涉及的参数包括增益、噪声、电荷转移效率、线性和满阱电荷等。研究重点是如何应用扩展像素边界反应方法及同位素X射线方法检测CCD的电荷转移效率, 以及利用X射线方法测量器件的增益。最后以理论研究为基础, 发展并提出了一套切实可行的CCD器件检测方法, 同时基于E2V公司4K×4K芯片CCD203_82进行了性能测试实验, 实验结果也验证了本文提出的测试方法的可行性和可靠性。     

生物芯片扫描仪CCD背景噪声研究

冷CCD(Cool CCD)是生物芯片扫描仪的核心检测器件,其背景噪声直接影响到检测精度。CCD背景噪声可分为光子噪声、热噪声、读出噪声和量化噪声。其中热噪声Hn与读出噪声Rn最为核心,采用拍摄暗场帧的方法对其进行实验研究。实验表明对于某一指定曝光时刻,背景噪声图像各像素的强度可认为符合正态分布,并可将均值与标准方差的估计值即■与■作为其相应正态分布的表征参数。■与■的95%置信区间较小,最大区间长度分别占■与■的0.16%和28.36%。在此基础上讨论了温度、曝光时间对均值与方差的影响。     

电荷耦合器件及其应用进展

电荷耦合器件（ＣＣＤ）是基于金属－氧化物－半导体（ＭＯＳ）技术的光敏元件。目前ＣＣＤ已具有光谱响应范围宽、检出限低、动态范围宽、暗电流和读出噪声低以及具有积分信号、多道同时检测信号和实时监测等能力的优点。目前它已经广泛地应用在各个领域。本文扼要介绍了ＣＣＤ的基本工作原理。特点及性能表征。评述了ＣＣＤ在光谱检测和成象领域中较活跃的应用及发展前景。指出了ＣＣＤ技术的发展给光谱分析领域带来了革命性的进展     

模块化天文CCD通用控制器

为满足大规模拼接CCD天文观测应用系统对控制器的特殊要求,开展可扩展的模块化天文CCD通用控制器技术研究,并成功研制了样机系统.该系统采用相关双采样技术及控制技术等手段获得极低的读出噪声,采用全数字化的结构实现系统的通用性以及实现远程观测、远程监控的功能.测试结果表明,该系统的系统噪声小于3e~-,动态范围为16bit,非线性优于1%,满足现阶段大部分天文观测的需要.作为应用实例,利用本系统制作的真空紫外CCD相机,成功获得了He和氘121.5nm、164、193、205、218.6、273.3和294.5nm谱线的光谱图像,完成了对空间天文观测的102nm~320nm光谱仪的检测工作.     

三次位相板编码系统的频率信噪比分析

建立了一个基于新型光学/数字成像系统（三次位相板编码系统—CPP系统）的信噪比模型.该模型主要考虑了读出噪音及散粒噪音两种探测器噪音,同时加入光学系统调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）的影响,考虑不同空间频率下噪音对信号的影响,推导出频率信噪比模型.利用该模型对一个光学/数字成像系统进行信噪比分析,结果表明,利用该模型进行分析后此光学系统可达到的理论焦深扩展范围为5个波长.     

Pixels array matching for optical readout microcantilever array sensing system

An approach based on pixels array matching is proposed for optical readout bimaterial microcantilever focal plane array (FPA) sensing system, by which the CCD's pixel array can match the low resolution FPA properly. Compared with the old method, it has the following three advantages: (1) reduces the impact on the infrared imaging quality due to the bending deformation of the microcantilever pixels; (2) decreases the background noise and lower the infrared imaging system's noise equivalent temperature difference; (3) increases the imaging system's frame rate. A microcantilever FPA infrared imaging system with a programmable smart camera was developed to demonstrate the effectiveness of the approach. In addition, the approach can be applied to a similar optical readout micro-array sensing system whose resolution is lower than the CCD.     

三种光电器件用于天体光度测量时的性能比较

从天体光度测量原理出发推导出光电倍增管、普通CCD和电子倍增CCD在天体光度测量中的信噪比公式,从理论上比较了三种器件在天体光度测量中的性能,并给出了实验结果。结果表明,电子倍增CCD的性能最好;在光辐射度较小的条件下,读出噪声严重地影响了普通CCD的信噪比,光电倍增管的性能较普通CCD的好;而在光辐射度较大的条件下,量子效率成为信噪比的决定因素,普通CCD的性能较光电倍增管的好。最后从误差平方和与信噪比两个方面对理论推导进行了实验验证,结果表明实验结果和理论计算吻合得很好。     

Optical readout method based on a narrow-strip filter for microcantilever array sensing

An effective optical readout approach based on a narrow-strip filter is presented to detect bends of a bimaterial microcantilever focal plane array, by which light intensity of the image plane (CCD image sensor plane) can be increased and its uniformity on the image plane effectively enhanced. It reduces the noise equivalent temperature difference of the microcantilever focal plane array IR imaging system and improves uniformity of the IR images. A comparative experiment is designed to verify effectiveness. The experimental results show that the proposed method has advantages of preferable effect.     

Small‐angle solution scattering using the mixed‐mode pixel array detector

Solution small‐angle X‐ray scattering (SAXS) measurements were obtained using a 128 × 128 pixel X‐ray mixed‐mode pixel array detector (MMPAD) with an 860 µs readout time. The MMPAD offers advantages for SAXS experiments: a pixel full‐well of >2 × 10⁷ 10 keV X‐rays, a maximum flux rate of 10⁸ X‐rays pixel^?1 s^?1, and a sub‐pixel point‐spread function. Data from the MMPAD were quantitatively compared with data from a charge‐coupled device (CCD) fiber‐optically coupled to a phosphor screen. MMPAD solution SAXS data from lysozyme solutions were of equal or better quality than data captured by the CCD. The read‐noise (normalized by pixel area) of the MMPAD was less than that of the CCD by an average factor of 3.0. Short sample‐to‐detector distances were required owing to the small MMPAD area (19.2 mm × 19.2 mm), and were revealed to be advantageous with respect to detector read‐noise. As predicted by the Shannon sampling theory and confirmed by the acquisition of lysozyme solution SAXS curves, the MMPAD at short distances is capable of sufficiently sampling a solution SAXS curve for protein shape analysis. The readout speed of the MMPAD was demonstrated by continuously monitoring lysozyme sample evolution as radiation damage accumulated. These experiments prove that a small suitably configured MMPAD is appropriate for time‐resolved solution scattering measurements.