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.     

用于双光子激发荧光寿命显微成像的高重复频率皮秒扫描相机

建立了一台基于新研制的高重复频率皮秒扫描相机的双光子激发荧光寿命显微成像系统,重点介绍所研制的高重复频率皮秒扫描相机。为了在高时间分辨力的同时扩大时间测量范围,实现大面积两维空间高时间分辨取样测量,从而提高采样速率和更有效地发挥扫描相机的作用,设计和研制了一种大面积、高时间分辨力扫描变像管和一种重复频率高达1MHz的斜坡电压扫描电路。基于上述关键部件所研制的扫描相机具有重复频率高、扫描速度可调、时间分辨力高、工作面积大、非线性低、触发晃动小等优点。用钛宝石飞秒激光器作为激光脉冲源,通过脉冲提取器将76MHz的高重复频率降低为1MHz,采用可调延时器和标准具对扫描相机的时间分辨力、扫描速度和非线性进行标定。该系统的时间分辨力达到6.5ps,非线性为2.60%,可测量的时间范围从十几皮秒到几十纳秒。测量了若丹明6G和香豆素314两种标准荧光染料的荧光寿命,取得了与参考文献一致的实验结果。     

振镜扫描光学多道谱仪

以平面光栅单色仪和光学扫描振镜为基础研制一套具有高时间分辨能力的光学多道分析系统,并利用计算机进行实时控制与数据采集。实验表明：本系统在保持谱分辨的同时,时间分辨率达到１０ｍｓ以内。     

高压功率晶体管在扫描相机中的应用

本文讨论了使用高压功率晶体管作为开关器件研制的扫描电路,并在变象管扫描相机中应用,获得了良好的结果,大大提高了扫描电路的耐大电流冲击性,提高了相机的可靠性与稳定性,最高扫速可达10mm/ns,扫描非线性最大为3%,触发晃动为±30ps.工作频率高达20kHz.     

超高速转镜式扫描相机的时间分辨率测量

分析了影响转镜扫描相机时间分辨率的各种因素,给出了极限时间分辨率和基于相机动态摄影分辨率计算的时间分辨率的理论计算公式和结果。结合国内普遍使用的SJZ-15型转镜扫描相机,用自研设备动态像质检查仪和100ps超短脉冲激光照明两种测试方法,计算出了该相机钢转镜和铍转镜在不同转速下的实测时间分辨率值,并对数据进行了分析、比对和讨论。实测数据表明：钢转镜的转速为12×104 r/min,其最高时间分辨率约为8ns;铍转镜的实用最高转速为30×104 r/min,其最高时间分辨率约为4ns。     

宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器

研制了一种宽波长范围窄线宽波长连续可调的光纤激光器,激光器基于环形腔结构,采用980nm的半导体激光器作为泵浦源,掺铒光纤作为增益介质,使用一段未泵浦的保偏掺铒光纤作为饱和吸收体压窄线宽。使用光纤法布里-珀罗滤波器作为选频器件,通过调节光纤其驱动电压实现光纤激光器的波长扫描。利用激光器的相干长度与干涉仪干涉条纹的关系动态测量激光器的光谱线宽,最终得到了扫描范围为1515.1～1588.6nm,线宽小于0.025nm的波长连续可调的光谱输出。     

一种差分吸收式光纤瓦斯传感系统

基于差分吸收法,研究了一种光纤瓦斯传感系统.采用双波长参考测量法,选取输出波长为1551nm的分布式反馈半导体激光器作为参考光源,输出波长为1 653nm的激光器作为甲烷气体的吸收峰处光源,通过改变甲烷气体吸收峰处激光器的输出波长,使其扫描到甲烷气体的吸收峰,通过比较吸收峰处和没有吸收峰处的光功率,测得甲烷气体浓度的分辨率达到0.038%.实验结果表明该系统的分辨率高、稳定性好、抗干扰能力强,可用于对煤矿瓦斯气体的检测.     

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.     

Ultrafast x-ray diffraction using a streak-camera detector in averaging mode

We demonstrate an apparatus for measuring time-dependent x-ray diffraction. X-ray pulses from a synchrotron are diffracted by a pair of Si(111) crystals and detected with an x-ray streak camera that has single-shot resolution of better than 1 ps. The streak camera is driven by a photoconductive switch, which is triggered by 100-fs laser pulses at a repetition rate of 1 kHz. The laser and the streak camera are synchronized with the synchrotron pulses. In the averaging mode, trigger jitter results in 2-ps temporal resolution. We measured the duration of 5-keV pulses from the Advanced Light Source synchrotron to be 70ps.     

Ce:KNSBN晶体中ps激光脉冲二波耦合的直接观察与记录

重复频率为82MHz的ps激光脉冲可在慢响应的光折变晶体Ce:KNSBN中实现二波耦合。本文报道用条纹照相机直接记录的实验结果并给出解释。 关键词：     

High repetition rate femtosecond laser nano-machining of thin films

Thin film laser micromachining has been utilized for repairing semiconductor masks, creating solar cells and fabricating MEMS devices. A unique high repetition rate femtosecond fiber laser system capable of variable repetition rates from 200 KHz to 25 MHz along with helium gas assist was used to study the effect of pulse repetition rate and pulse energy on femtosecond laser machining of gold-coated silicon wafer. It was seen that high repetition rates lead to smaller craters with uniform line width. Craters created at 13 MHz pulse repetition rate with 2.042 J/cm² beam energy fluence measured 110 nm in width and had a heat affected zone of 0.79 μm. It was found that pulse repetition rate only played a significant role in the size of the heat affected zone in the lower pulse energy ranges. In the future, a 1 W laser system will be acquired to find the optimal repetition rate that would create the minimal feature size with the least heat affected zone. Using this kind of setup along with techniques such as radial polarization and a different gas assist may enable us to create sub 100 nm feature size with good quality.     

Picosecond‐resolved X‐ray absorption spectroscopy at low signal contrast using a hard X‐ray streak camera

A picosecond‐resolving hard‐X‐ray streak camera has been in operation for several years at Sector 7 of the Advanced Photon Source (APS). Several upgrades have been implemented over the past few years to optimize integration into the beamline, reduce the timing jitter, and improve the signal‐to‐noise ratio. These include the development of X‐ray optics for focusing the X‐rays into the sample and the entrance slit of the streak camera, and measures to minimize the amount of laser light needed to generate the deflection‐voltage ramp. For the latter, the photoconductive switch generating the deflection ramp was replaced with microwave power electronics. With these, the streak camera operates routinely at 88 MHz repetition rate, thus making it compatible with all of the APS fill patterns including use of all the X‐rays in the 324‐bunch mode. Sample data are shown to demonstrate the performance.     

延时法测量条纹相机μs档扫描非线性

为实现μs档条纹相机扫描非线性标定,建立了基于延时可调信号源和外触发激光器的条纹相机μs档扫描非线性标定系统,弥补了标准具法的不足。系统通过延时值的递增,得到条纹相机扫描速度在全扫程的变化。系统中时间关系抖动来源主要是测试设备延时抖动和条纹相机触发延时抖动。时间抖动测试与分析显示,条纹相机延时抖动±0.6ns,测试设备延时抖动±0.3ns,系统总时间抖动±0.7ns。系统时间抖动会造成最终时间轴信息的起伏。大量数值模拟分析表明,时间轴起伏对系统时间抖动的影响±2ns,在可以接受的范围内。因此,该系统能够胜任条纹相机μs扫程时间信息的测量标定。     

一种用于荧光皮秒时间分辨光谱的测试系统

本文详细描述了一种由氩离子锁模激光器、样品池、分光系统及微微秒条纹相机构成的用于测试低强度荧光微微秒时间分辨光谱的系统。给出了典型样品的测试结果:时间分辨率为10ps,光谱范围为500Å—800Å。最后对测量结果进行了分析讨论。     

基于WS2可饱和吸收体的脉冲激光器研究

利用WS₂的可饱和吸收特性,在激光二极管侧面抽运Nd:YAG固体激光器Z型腔结构中分别实现了被动调Q和被动调Q锁模运转。实验表明:当泵浦电流为9.5 A时,开始启动调Q运转,当泵浦电流大于9.8 A时,调Q激光脉冲趋于稳定。当泵浦电流为12.8 A时,被动调Q输出的最大平均功率为466 mW,最窄脉冲宽度为3.205 μs,对应的重复频率为71.70 kHz,此时最大单脉冲能量为6.5 μJ。当泵浦电流达到13.4 A时,激光器实现调Q锁模运转。调Q锁模的最高输出功率为590 mW,调Q包络频率为71.98 kHz,单个调Q包络内的脉冲串重复频率123.1 MHz,每个调Q包络中包含369个脉冲,单脉冲能量为22.2 nJ。结果表明WS₂材料可以作为可饱和吸收体用于固体激光器中。     

基于MOSFET的固体开关技术实验研究

 采用两只1kV MOSFET器件及驱动模块和高带宽光纤收发对，研究了固体开关技术中的触发信号高压隔离、功率MOSFET器件栅极驱动及MOSFET串并联使用等关键技术。单器件开关获得了1kV,13A,4MHz重复频率的脉冲串输出。两器件并联开关获得了130A，2MHz的输出。两器件串联开关获得了16kV,2MHz重复频率脉冲串输出。     

纳秒级脉宽砷化镓激光器陈列

 报导砷化镓激光器阵列的实验结果。该阵列光束的脉宽约0.7~5ns，近场光斑面积约100mm×6mm;已被用于触发高功率电磁脉冲发生器中的半导体光导开关阵列。报导一种提高光脉冲重复率的方法—双脉冲序列法。用该方法使激光脉冲等效重复率达约100MHz；介绍一种使激光器阵列输出光斑中光能均匀分布的多光束叠加方案。