微带像增强器的选通特性研究

讨论了像增强器微带传输电路和脉冲选通模型.根据传输线理论用数值方法模拟了纳秒和皮秒脉冲在像增强器内的传输特性,给出了相吻合的理论和实验结果;将脉冲微带传输模型和微通道板的时间相关离散打拿极模型相结合,完整地分析了像增强器的脉冲选通特性.研究结果表明:与输入脉冲相比,加载到微带上的脉冲和像增强器输出端输出脉冲的变化主要受微带传输时间的影响;像增强器光选通的特性与输入脉冲有明显的区别.     

基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量

时域展宽是脉冲激光在水下传输时的重要特性,直接影响蓝绿激光对潜通信和水下激光成像等水下光电应用的性能。推导了选通深度曲线的特征参数与脉冲激光回波波形参数和增强型电荷耦合器件(ICCD)选通波形参数的关系,从而提出了基于选通深度曲线的脉冲激光水下传输时域展宽测量方法。利用所搭建的高重频脉冲激光水下成像系统,在大型室内船池中进行实验测量。结果表明,所提方法能够有效完成脉冲激光在水下传输时的时域展宽测量,尤其适用于远距离传输的情况。     

水下激光距离选通成像与脉冲展宽的时序模型

基于距离选通原理,深入分析了水下脉冲传输和探测器选通接收间的时序关系,建立了较为完善的距离选通时序模型;基于搭建的水下脉冲激光距离选通实验平台,设计了专门的模型验证实验。实验与仿真结果的一致性表明:模型能较好地描述水下距离选通成像过程,预测成像对比度随延迟时间的变化,可用于实际选通系统的性能预测和优化设计。此外,还借助模型讨论了各参量对成像对比度的影响,并介绍了利用距离选通技术直接测量水下脉冲时间展宽的方法。     

一种远距离水下光电成像的方法

为了增大水下光电成像探测系统的探测距离,降低系统造价成本,对距离选通技术中存在问题进行分析研究,提出降低激光单脉冲能量,提升系统运行频率,增加CCD曝光时间的方法。利用噪声随机特性及目标回波的相关特性进行多脉冲累计提高探测距离。对距离选通系统进行适应性改进,并在室内水池进行实验。实验结果表明:此方法可有效增大系统探测距离,且目标图像质量与激光脉冲数量存在一定最优匹配关系,实验中10次脉冲累计获取到29 m距离处的目标图像质量最佳。     

基于距离选通成像系统的水下目标探测技术研究

 基于距离选通原理,采用波长为532 nm、脉冲宽度为20 ns的Nd∶YAG激光器和距离选通ICCD成像系统,通过脉冲激光照射水下目标,ICCD系统同步选通接收,对漫射衰减系数约为0.45的8 m水深内的水下目标的成像能力进行了实验研究,获得了10 ns的图像选通效果和7 m的探测能力。实验结果表明,距离选通成像方法是一种快速、有效的水下目标探测和识别手段。     

基于脉冲陡化技术的皮秒分幅相机选通脉冲研究

为获得高幅值和窄半高宽的选通脉冲，基于雪崩三极管Marx脉冲发生器和脉冲陡化技术，设计皮秒高压脉冲电路，对应用于分幅相机的选通脉冲展开研究，并采用蒙特卡洛法建立微通道板通道内的光电子动态倍增研究模型，通过将选通脉冲应用于微通道板增益计算获取时间分辨率。研究结果表明，基于Marx脉冲发生器和脉冲陡化技术相结合产生皮秒选通脉冲的方法是可行的，当Marx脉冲发生器为三级，脉冲陡化电路的两个电感和电容分别为725 nH、7 nH、1 pF时，可获得幅值-2.8 kV和半高宽124 ps的选通脉冲。将该选通脉冲加载于微通道板上进行光电子动态倍增过程研究，通过分析和统计微通道板增益，获得分幅相机的时间分辨率约为53 ps。     

基于雪崩级联电路控制激光照明源的水下激光选通成像

基于雪崩级联原理研发了用于水下激光选通成像的MARX级联电路激光照明源。相对于普通激光驱动器,该MARX级联电路有输出脉冲窄、峰值高、上升沿短、重复频率高、成本低、体积小、质量轻等优点。采用级联电路研发的脉冲激光照明光源在实现ns量级脉冲宽度性能的基础上保持了照光源系统体积的小型化。该脉冲照明源结合激光整形及匀化光学技术进行了水下选通成像验证实验,在10 ns的脉冲宽度下,实现水下7倍衰减长度范围内的选通成像。该文涉及的电路、光学方面的改进对降低激光选通成像系统的体积、成本及实际应用具有重要意义。     

带有微型高压电源的通用毫微秒高压冲脉发生器

我们为××单位研制成功了用于水下摄影的作为选通带MCP的光电倍增管的高压毫微秒脉冲发生器。除此使用外,它还可用作毫微秒脉冲源、高速摄影中光电器件的选通、高压电器元件特性研究、激光调制等。该仪器具有以下特点:     

磁脉冲压缩的分幅相机超快选通脉冲研究

为拓展脉冲功率技术在超快诊断领域的发展和磁脉冲压缩技术的应用，基于磁性元件良好的开关性能和脉冲宽度压缩原理，采用具有多重压缩特性的级联磁开关，设计磁脉冲压缩电路，并将输出的皮秒选通脉冲应用于分幅相机时间分辨率研究。研究结果显示，磁脉冲压缩电路能产生适用于分幅相机的皮秒选通脉冲，当直流电源为500 V，磁开关电感量为1μH，初级线圈回路充电电容为4μF，变压器匝数比为10∶1，磁开关线圈匝数比为1∶2，复位电流为1 A，次级线圈回路和两级磁开关电路充电电容为1 pF时，获得幅值为-3.2 kV和半高宽为149 ps的选通脉冲，将其加载于采用蒙特卡洛法建立的微通道板通道内光电子动态倍增模型，通过计算随选通脉冲的时变增益和构建微通道板上的时间-增益曲线，可实现87 ps的分幅相机时间分辨率。研究结论可为应用于分幅相机的皮秒选通脉冲产生以及磁脉冲压缩电路的拓展应用提供新思路。     

距离选通变增益光电倍增管探测系统的设计

 为实时动态测量未知深度水下目标微弱后向散射信号,设计了一种新型的光电倍增管(PMT)选通变增益探测系统。采用给PMT外加选通和变增益纳秒电脉冲的方法,通过改变PMT光阴极与第一打拿极之间电势差,实现PMT选通;借助给PMT最后一个打拿极外加变增益高压脉冲改变PMT最后一个打拿极与前置打拿极间的电势差,实现PMT变增益。实验结果明：在选通和变增益脉冲到来时,阳极输出相应的脉冲信号,信号脉宽为40ns,脉冲幅值增大,证明该方法能够实现PMT选通和变增益。     

一种双MCP选通型30~40 ps软X射线分幅相机

研制了一种双微通道板（Microchannel Plate,MCP）双选通型软X射线分幅相机.该相机采用两块厚度为0.5 mm的MCP,近贴放置成“V”形结构,用两列高压脉冲依次选通两块级联的MCP,通过控制两列脉冲之间的延迟时间,利用微通道板的电子渡越时间效应和非线性增益的相互作用,以损失一部分电子为代价获得比单MCP（60 ps）选通相机更短的曝光时间,并且可以降低直穿X射线造成的背景光噪音.     

用于行波分幅的大功率皮秒高压电脉冲的产生

针对行波分幅相机的要求,用纯电子学线路产生了幅度2.1kV、宽度210ps的高压皮秒脉冲,并将其用于行波分幅相机作为MCP的选通脉冲,获得了60ps的时间分辨率。     

微通道板二次电子倍增过程的三维数值模拟

在CST Particle Studio环境下建立了长径比为40的铅玻璃MCP的三维结构,将有限积分法与蒙特卡罗方法相结合,模拟了直流和高斯脉冲偏置下微通道内二次电子倍增过程,得到了通道轴向二次电子云密度的动态分布曲线。结果显示,二次电子云在通道轴向成高斯分布;在直流偏置下电子云在漂移过程中密度逐渐增大,分布逐渐变得集中,当电子云漂移至靠近输出电极位置时密度达到最大;在高斯偏置下,脉宽对电子倍增过程有决定性影响,当脉宽大于二次电子平均渡越时间时,倍增过程与直流偏置相似。     

微通道板中电子时间倍增特性的数值模拟

 对微通道板的动态特性进行了数值模拟,得到了电子的渡越时间与入射时刻的关系曲线。获得了光电子的倍增次数随入射时刻而变化,并在考虑了入射电子为一高斯电子脉冲的情况下,分析了选通脉冲的幅度、宽度和波形对选通特性的影响。结果表明：随着倍增次数增多,渡越时间越大;当电压幅度不同时,增益曲线的峰值所对应的电子入射时刻也不同。     

酸蚀对微通道板电性能的影响

采用扫描电镜（SEM）、卢瑟福背散射谱（RBS）、原子力显微镜（AFM）、能量色散谱仪（EDS）、照度计、微通道板测试台等分析表征手段,从微通道板皮料玻璃表面的成分、形貌和结构上,研究了酸蚀时间对微通道板电子增益、体电阻、噪声电流和电子图像等电性能的影响。研究结果表明：酸蚀时间显著影响微通道板的电性能,经酸蚀120min后微通道板的电子增益和图像亮度达到最高值;随着酸蚀时间的增加,噪声电流相应增加,而体电阻降至一定值后保持相对的稳定。     

微通道板增益模型的首次碰撞问题

研究了入射电子首次碰撞微通道板(MCP)所产生的二次电子的初能量对基于“能量正比假设”的MCP增益模型的影响,给出的增益公式与实验结果在很大的电压范围内符合较好。     

微通道板动态特性的数值模拟

对皮秒高压脉冲驱动下微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性进行了数值模拟,在电压脉冲波形分别为高斯形、三角形和梯形时,得到了电子渡越时间与电压脉冲宽度、幅度的关系曲线。在考虑入射电子为一高斯电子脉冲的情况下,获得了增益曲线的半峰全宽和峰值随脉冲电压幅度、宽度的变化规律。分析结果表明：当微通道板两端所加电压为梯形波时,微通道板中电子的渡越时间特性和增益特性较加三角波和高斯波要好。     

微通道板选通X射线皮秒分幅相机曝光时间的均匀设计

将均匀设计法应用于微通道板选通X射线皮秒分幅相机(MCP－XPFC)曝光时间的研究工作中,目的是找到一个简单高效的试验预估方法来指导分幅相机的研制和试验工作.基于分幅相机皮秒动态选通理论模型,建立了采用0.5 mm厚、长径比40的MCP的皮秒分幅相机选通脉冲参量与曝光时间之间的快速预估模型.利用这一模型得出了相机的曝光时间随选通脉冲脉宽和幅值分别呈抛物线变化,且脉宽和幅值对曝光时间具有交互影响作用.在试验参量范围内,此预估模型能够精确地代替相机理论模型和高效地指导实验.通过实验验证了预估模型,并分析了影响结果的因素.     

微通道板防离子反馈膜阈值电压特性研究

微通道板(Microchannel-plate,MCP)防离子反馈膜是负电子亲和势光电阴极微光像增强器的特有标志,其主要作用是有效阻止反馈正离子轰击阴极以提高器件工作寿命。微通道板防离子反馈膜的厚度决定了其对电子透过、离子阻挡能力的大小,电子透过能力直接影响图像的对比度和信噪比。根据微通道板防离子反馈膜阈值电压定义和测试原理,对微通道板不同厚度防离子反馈膜、不同工作电压条件下的阈值电压特性进行了测试研究。结果表明:防离子反馈膜的阈值电压随着膜层厚度的增加而增加,两者之间遵循正比的线性关系:Y=3.98X+50;在微通道板线性工作电压范围内,防离子反馈膜的阈值电压随微通道板工作电压的增加而降低,两者之间遵循反比关系。该研究对提高微通道板在负电子亲和势光电阴极微光像增强器中的使用性能具有重要意义。     

微机电系统微尺度间隙的脉冲击穿特性

利用微机电系统(MEMS)工艺制备了5~40 m间隙的金属铝薄膜电极,测取了不同间隙下施加纳秒方波脉冲时的击穿电压,得到击穿电压和平均场强随电极间隙的变化规律,研究了脉宽、极性对击穿电压的影响,结合击穿后微电极扫描电镜观察结果讨论了其击穿机理,并与相同试样在直流下的结果进行了对比。研究表明:击穿电压随微间隙距离的增大而增大,击穿场强则随着间隙的增大迅速减小;与直流同间隙的击穿电压相比,脉冲作用下的击穿电压并不像宏观尺度下那样高出很多;试样击穿机理应为流注理论。在脉冲作用下,阳极出现了分层熔化现象,由于作用时间很短,阳极表面并未出现类似于直流击穿时留下的坑洞;阴极则出现了溅射沉积现象,只是沉积物质相对较少。