全光固体条纹相机的理论及其静态实验研究

全光固体条纹相机采用空间调制抽运光激发平板波导光偏转器,通过精确控制抽运光和信号光之间的时间延迟,实现对入射到波导芯层信号光的偏转扫描.它能有效解决传统变像管条纹相机因空间电荷效应造成的动态范围降低以及光电阴极材料在红外波段探测受限等问题,且结构简单,系统稳定性高,理论时间分辨率可达皮秒甚至亚皮秒量级.本文围绕全光固体条纹相机的核心部件—–AlxGa1-xAs/GaAs/AlxGa1-xAs平板波导光偏转器,研究了在带填充效应、带隙收缩效应以及自由载流子吸收效应作用下GaAs折射率的变化情况;在GaAs折射率变化达到0.01量级,信号光束斑大小和波导宽度之比p=0.5时,得到系统的理论时间分辨率为2 ps;按照静态实验条件求得的理论空间分辨率为17 lp/mm,实验结果显示其值为9 lp/mm.     

一种高速多通道光纤阵列光开关

为了对短时间大视场一维光强信息进行采集,采用编码转换技术和自聚焦透镜矩形阵列设计了光开关,用小口径电光晶体实现了大视场的测量.采用MOS管级联的高压同步电路,使得系统具有结构紧凑、性价比高、寿命长等优点.实验结果表明:开关选通时间100±5 ns,前后沿小于25 ns,消光比1 100∶1.     

一种多狭缝条纹变相管

设计了一种动态范围大、小型化条纹变相管,其时间分辨能力在2.6 ps左右,变相管的长度为196.532 mm,可以工作在单狭缝和多狭缝模式下,使得这种条纹变相管不但可以应用在激光核聚变、等粒子物理、激光技术、光生物、光化学等传统的超快诊断领域内,而且可以应用于海底探测以及空中预警等领域,可获得高速运动目标的三维空间+一维强度信息的探测.     

基于物联网的智能化条纹相机控制系统的研制

为满足条纹相机便携化、智能化的发展需要,研制了一种高适用性的分布式智能控制系统,实现了对条纹相机工作参量的监测,对电极电压、扫描工作模式的精确控制以及对图像的采集与处理.基于物联网技术框架与客户端-服务器的结构模式,实现了有线及无线设备扩展的多机协作功能与移动监控功能.并针对该控制系统,设计了具有自保护功能的自激型反激式可调高压电源模块,基于自激式拓扑的简单结构,实现了电源的小型化,且线性调整准确度可达1%.采用Nd∶YLF脉冲激光器(脉宽8ps,波长526.5nm)对应用该控制系统的可见光皮秒条纹相机进行标定,测试得到动态分辨率为12.75Lp/mm(CTF=14%),动态范围为234∶1,时间分辨率达到14ps.     

Femtosecond electron pulse compression by using the time focusing technique in ultrafast electron diffraction

We present a new model of an electron gun for generating subrelativistic femtosecond (fs) electron pulses. The basic idea is to utilize a dc acceleration stage combined with a time focusing region, the time focusing electrode generates an electron energy chirp for bunching at the target. Without considering the space charge effects, simulations of the electron gun were carried out under the conditions of different dc voltages and various slopes of the voltage added on the time focusing electrode. Tracing and simulating large numbers of photoelectrons through Monte-Carlo and finite difference methods, the electron pulses with 1 ps can be compressed to 55 fs, which will allow significant advances in the field of ultrafast diagnosis.     

超紧凑型飞秒电子衍射仪的设计

由于空间电荷效应的限制,产生百飞秒的极短电子脉冲是超快电子衍射技术的一大难点.同时,电子的穿透深度随着电子能量的增加而增加,而电子的散射几率却具有相反的规律.因而,除了时间分辨的提升,还需要可宽范围调节的电子能量以优化不同厚度样品对其的需求.基于此,提出并设计了一种新型超紧凑电子枪,结合均匀场阴极和可移动阳极的配置,可在10-125 kV加速电压范围内实现100 fs量级时间分辨率.通过优化设计高压电极轮廓,使得其轴上和整个阴极面的场增强因子在不同阴阳极间距下均小于约4%,从而保证了不同加速电压下最大轴上场强均可达10 MV/m量级,有效地抑制了电子脉冲的展宽效应;进一步将阳极小孔设计成可放置致密电镜载网的阶梯孔,一方面可将载网支撑的样品紧贴小孔后方放置,最大程度上缩短了电子从阴极到样品的时间弥散,同时也可以有效地减弱阳极孔对电子束的散焦效应,提升电子束的横向聚焦性能.     

模块化程控各向异性聚焦条纹相机

通过采用各向异性聚焦及电四极透镜技术,设计出物理弥散达到0.38 ps,边缘空间分辨力达到56 lp/mm的新型条纹变像管。研制出对条纹相机高压输出、环境监测、扫描档位切换和相机工作方式选择的模块化程控系统。利用Nd:YLF（脉冲宽度8 ps、波长263 nm）脉冲激光器对相机的性能指标进行了标定,测得静态和动态空间分辨力分别为35 lp/mm和25 lp/mm,动态范围达到950∶1,时间分辨力达到8 ps,在扫描和狭缝方向可实现独立变倍和KB显微镜耦合,便于对目标的空间分辨力进行灵活配置。     

一种用于多狭缝条纹相机的快门脉冲产生器

研制了一种用于多狭缝条纹相机的条纹变像管快门脉冲产生器.以绝缘栅场效应管作为开关,采用截波法实现,克服了以雪崩晶体管为开关的储能电缆放电方法的缺点,具有体积小,脉宽连续可调,电源利用率高等优点.在10 pF负载下,获得矩形负脉冲,脉冲下降沿16 ns,上升沿20 ns,触发延时26 ns,脉冲输出幅度800 V,半高全宽最小100 ns.