光电倍增管对百微秒超宽脉冲的线性输出

光电倍增管（PMT）由于具有纳秒量级的时间响应和大范围的动态响应范围，结合闪烁体被广泛应用于脉冲辐射场的动态测量。根据线性聚焦PMT的工作原理和分压器特性，其脉冲线性输出电流大小主要受到两个因素影响：（1）大电流输出时极间电荷空间饱和效应；（2）宽脉冲输出时极间耦合电容释能电压失恒。     

一种新型光纤高温计的研制

 基于国产GDB159/142光电倍增管（PMT）,采用光纤传输并结合二向色分光原理研制了高速光学高温计系统,测量波长覆盖340～811 nm,响应时间2～3 ns,可测量2 500～15 000 K的冲击温度。脉冲线性检测结果表明,6个通道的动态线性均大于200 mV（50 Ω负载）。给出了溴钨灯光谱辐照度标定方法和动态应用实例。     

多光谱辐射瞬态高温测温计的研制

在现代动力学发射系统中,在强电磁场激发下瞬间产生的等离子体的火焰辐射温度对飞行目标运动状态以及动力系统轨道烧灼情况有着重要的影响。针对该情况下火焰不仅温度极高,而且其产生是一个瞬态过程。因此,传统的接触式测温方法不再使用,而基于光学高温计和CCD成像阵列等非接触式测温方法也无法响应瞬态过程。文章以经典的普朗克黑体辐射定律作为理论基础,结合多波长光谱辐射方法,研制了新型的多光谱辐射瞬态高温测温计。该高温计可以对目标产生的从300～860nm的波段内任意波长光谱的提取,最快响应时间可达到2ns。通过采用高分辨率衍射光栅和光纤连接的方式,保证多光谱提取的准确性。实验结果表明,利用目标发出的多光谱辐射测温与高速响应光电探测器件相结合的方法能够测量得到动力发射目标表面辐射温度分布的同时,也保证了较高的精度,满足了对于发射瞬间物体表面瞬态温度测试的要求。     

滤光片对瞬态光学高温计通道线性的影响

 滤光片是瞬态光学高温计系统中的一个重要器件,滤光片的技术参数对高温计的性能有重要影响。对窄带滤光片的通带半高宽、背景透过率和峰值透过率给通道线性带来的影响进行了分析和计算。结果表明,滤光片的通带半高宽、背景透过率和峰值透过率对通道的线性均有较大的影响。研究结果为研制高性能的瞬态光学高温计时选取合适的滤光片提供了依据。     

光纤瞬态高温传感器及动态测试系统

为了解决特殊环境下的瞬态高温测量, 设计了一种基于黑体辐射的光纤高温传感器及动态测试系统。根据辐射测温的基本原理, 结合光纤传感技术, 采用了“接触-非接触”测量方法和光纤光栅窄带滤波技术, 提高了测量精度, 减小了背景光的影响。由于瞬态温度随时间变化快, 动态误差大, 探索了一种利用大功率高频CO2激光器作为激励源, 用激光脉冲加热被校传感器。用测得的温度信号对被校传感器进行可溯源高温动态校准的新方案。实验结果表明, 系统测温范围为800～2000 ℃, 并具有精度高, 响应快, 抗电磁干扰, 性能稳定的特点, 解决了热电偶响应速度慢, 寿命短的缺陷, 为冶金、石油、化工、武器研制等领域的瞬态高温测量提供了一种新的测试手段。     

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。     

飞焦级脉冲激光能量测量方法研究

为解决1 fJ～1 pJ脉冲激光能量的测量问题,提出了一种基于时域波形积分的飞焦级脉冲激光能量测量方法。该方法采用光电倍增管（PMT）获得飞焦级脉冲激光的响应信号,该微弱响应信号经放大、校准与激光脉冲时域波形积分后实现飞焦级脉冲激光能量测量。根据该方法设计了飞焦级脉冲激光能量测量装置,并分析了该装置的测量不确定度。实验表明,该装置实现了波长1 064 nm、脉冲宽度5 ns～1 s、能量范围1 fJ～1 pJ的脉冲激光光源的能量测量,测量不确定度为15.8%。     

基于发光二极管光源的光电高温计非线性研究

光电高温计的非线性是复现和传递国际温标的主要不确定度贡献项之一。基于光通量倍增原理,采用中心波长645nm的高亮度发光二极管(LED)光源,建立了新的光电高温计非线性测量系统。利用LED开关供电方式,取消光闸门设计,避免了光路多次反射引入的非理想性。实验研究了阶跃电流供电条件下LED光源的光谱辐射亮度漂移特性,确定了不同供电电流下的初始非线性漂移的结束时间。设计了具有固定相位差的双LED脉冲供电电流和半透半反双光源亮度叠加方案。选择LED线性漂移阶段测量光电高温计的非线性,利用测量序列互换模型消除两LED线性漂移差异的影响,并进行了实验验证。实验测量了用于温标传递的光电高温计RT9032的非线性特性。     

高灵敏度瞬态辐射高温计

 新研制了一台瞬态辐射高温计。它在设计上做了以下改进，采用：（1）双向色性分光镜作为分光器件，将各个通道波长的分光率提高到85%以上；（2）低输入阻抗宽频高增益（50 dB）信号放大技术做为高温计的后续电路，大大提高了高温计的探测灵敏度，同时也保证了测量系统的快速响应；（3）光谱辐照度方法做零前标定，使零前标定工作方便和可靠。以氯化钠单晶作为实例，测量了它在36.0~60.0 GPa冲击压力下的热辐射历史，获得了1 500~3 600 K冲击温度范围内的瞬态光谱辐射，高温计的响应时间优于5 ns。     

用于真空弧等离子体放电阴极温度场测量的多光谱高温计

阴极表面温度是真空弧等离子体放电过程中一个重要参数,对真空弧等离子体的形成、电极腐蚀预测、热传导以及离子源的寿命都有重要影响。真空弧离子源的阴极具有目标小,放电过程快等特点,其温度的测量,对于时间分辨率和空间分辨率要求都很高,阴极表面温度的测量技术的欠缺,使得仅靠理论解析获得的结果难以得到验证。并且等离子体放电过程中测量仪器极易受到弧光的影响,如何避免放电过程中等离子体的辐射也是采用辐射法测量阴极表面温度要考虑的问题。这无疑给其温度场的测试研究带来困难。针对脉冲真空弧等离子体开展阴极表面温度测试实验有着重要意义,在分析了真空弧等离子体放电特性以及背景辐射特性和等离子体放电阴极测温的实际需求,本文基于高速CCD相机研制了一种新型的多光谱高温计。该高温计采用单色高速CCD相机,主要避免RGB彩色相机不能完全滤除背景辐射的弧光。为使用单色CCD相机实现多光谱辐射测温,设计了高温计的光学系统,该系统采用4孔径分光系统。将4种不同波长的滤光片嵌入到1个滤光片中。该研究设计的高温计可用于2 000~6 000 K的等离子体温度测量。并在中国工程物理研究院电子工程研究所进行现场测试,测试过程中将研制的高温计,通过外部触发形式对等离子体放电过程进行跟踪拍摄,高温计完全拍摄到等离子体放电过程。利用真空弧等离子体金属电极阴极放电的实测数据对高温计进行了验证。实验结果表明,设计的新型多光谱高温计能够用于测量真空弧等离子体放电时阴极温度场信息,测量的温度值低于放电电极的沸点温度,与等离子体放电过程中出现气化现象相符,说明高温计测的是等离子体放电阴极的温度。     

The application analyses for primary spectrum pyrometer

In the applications of primary spectrum pyrometry, based on the dynamic range and the minimum sensibility of the sensor, the application issues, such as the measurement range and the measurement partition, were investigated through theoretical analyses. For a developed primary spectrum pyrometer, the theoretical predictions of measurement range and the distributions of measurement partition were presented through numerical simulations. And the measurement experiments of high-temperature blackbody and standard temperature lamp were processed to further verify the above theoretical analyses and numerical results. Therefore the research in the paper provides the helpful supports for the applications of primary spectrum pyrometer and other radiation pyrometers.     

Transient-Pulse Nonlinear Spectroscopy with the Radiation of a Multimode THz Gas Laser

We report on transient-pulse nonlinear spectroscopy with the radiation of a multimode THz gas laser. The method is demonstrated for studying the nonlinear response of a current-carrying superlattice to THz radiation; the current through a superlattice can be suppressed by a strong THz field. The method makes use of the pulses of a high power multimode THz gas laser. By splitting the laser beam for selected laser modes into a main beam and a reference beam we monitored with a reference detector the transient power in the main beam. The simultaneous measurement of both the instantaneous response and the instantaneous power allows to obtain the power dependence of the response within a single laser pulse. The method is suitable to study the nonlinear response of matter to THz radiation fields in a large dynamic range.     

Pyrometer unit for GaAs substrate temperature control in an MBE system

An optical pyrometer designed for precision measurement of the GaAs substrate temperature during MBE growth is considered. The pyrometer can be calibrated against a certain characteristic absolute temperature that is visually determined from a change in the RHEED pattern. This enables one to calculate the absolute temperature of the substrate with regard to its radiant emissivity and minimize the inaccuracy of radiation temperature measurement. The inaccuracy is associated with the deposition of growth products on the pyrometer window.     

电缆电磁脉冲屏蔽效能的辐射法测量

分析了电缆电磁脉冲屏蔽效能传统测量方法的局限,提出了辐射法测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的试验方法。该方法根据互易性原理,将屏蔽效能定义中的电缆耦合场测量转变成电缆辐射场测量。通过电缆屏蔽前后辐射场的测量,得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能。以SYV50-5同轴电缆为对象,采用辐射法研究了其对电磁脉冲的屏蔽效能,试验取得了较理想的效果。由于互易性原理对介质空间除了线性没有特别的要求,对于传统方法很难处理的多芯电缆、双屏蔽电缆、特种电缆等的屏蔽效能测量,辐射法测量同样有效。通过改变传感器的类型测量辐射磁场,还可以得到电缆对磁场的屏蔽效能。     

瞬态光学渡越辐射测量系统的设计

针对在神龙一号上进行电子束瞬态发射度的测量要求,建立了一套利用光学渡越辐射原理进行电子束发射度测量的瞬态测量系统,该测量系统瞬态测量时间最快约10ns,并获得了神龙一号发射的脉冲电子束的束斑及发散角,典型值分别为约9mm和10.5mrad,实现了电子束发散角和束斑的同时测量,为在神龙一号上进行的时间分辨测量系统的研究奠定了基础。     

神龙二号多脉冲电子束束参数的时间分辨测量技术

神龙二号是一台三脉冲强流脉冲电子束直线感应加速器,就其多脉冲的电子束束参数的测量而言,基本要求是单个脉冲可分辨,进一步的要求是脉冲内时间可分辨。基于光学渡越辐射原理及瞬态发射度测量系统原理,发展了一种束斑与发散角可以分开测量的光学布局结构,结合多台高速分幅相机,成功研制了一套完整的多脉冲电子束束参数的测量系统,其特点是灵活的组合测量方式,全面满足了神龙二号复杂艰难的调试及参数测量工作要求。测量系统最高时间分辨测量能力达到约2 ns的水平,单个脉冲可以获得至少8个时间分辨的束参数测量结果。     

Wideband phase-noise measurement of mode-locked laser pulses by a demodulation technique

A new method is proposed and demonstrated for measuring the phase noise (pulse timing fluctuations) of mode-locked lasers. The instantaneous phases of the pulse intensity are extracted in a time domain, and the phase-noise power spectral density is calculated from the demodulated signals. Compared with the conventional method based on the single-sideband phase-noise measurement, the proposed method has a larger dynamic range and a wider frequency span. The phase noise of a mode-locked Cr:LiSAF laser is measured for 50-mHz-1-MHz Fourier frequencies.