高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

 针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题,研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻,时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响,根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式,解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题,实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作;本触发方式配合高速分幅相机的应用,稳定而可靠地以10 ns间隔、3 ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

针对在阳加速器上进行Z箍缩实验时存在的同步精度低的问题,研究了一套同步触发信号取自加速器输出电流的技术。利用加速器工作电流波形与物理实验现象间的固有延迟时间关系来判断同步的时刻,时间关联的精度可到达ns量级。为了防止加速器对测量系统的影响,根据延迟时间长短的不同情况还研究了光电隔离方式和光纤传输方式,解决了在阳加速器平台上的电磁干扰问题,实现了在阳加速器上进行可靠物理实验的精密测量工作;本触发方式配合高速分幅相机的应用,稳定而可靠地以10 ns间隔、3 ns曝光时间拍摄到了Z箍缩的发展过程。     

数字高速分幅相机中光学分幅系统的设计与分析

使用光学辅助设计软件ZEMAX设计了用于四通道数字高速分幅相机的光学分幅系统,并结合机械设计软件SOLIDWORKS,在ZEMAX的非序列模式下建立了光学分幅系统的三维立体仿真模型。成像质量达到了衍射极限,动态极限空间分辨率为16lp／mm。模拟分析结果表明成像质量理想,符合设计要求。     

多角度耦合分幅相机光学系统设计

为实现高速相机的分幅功能,本文提出一种采用多角度耦合分幅方式的高速相机光学系统。该系统分幅结构采用多组相同的光学系统,在平行于物面的圆周上均匀分布,分别从不同角度拍摄同一物面,在保证各组系统的物方视场相同的情况下,每组光学系统的光轴与物平面的夹角均相同,通过优化设计得到全视场的最佳成像。根据需求,使用光学设计软件设计了多角度耦合四分幅成像中长焦光学系统并绘制三维立体仿真模型,分析了每组像面像质、照度以及畸变等相关参数,调制传递函数MTF在频率为50 lp/mm处不低于0.5,F数为2,畸变小于0.4%,相较于常用的棱镜和反射棱锥分光方式,无需额外分光结构,像面照度提高4倍以上。结果表明成像质量理想,分幅相机系统各像面所成像一致性高。     

FJZ-250型高速分幅相机时间测量不确定度分析

FJZ-250型高速转镜分幅相机因转镜速度的不可重复性，光机结构的构造原理和控制系统各路高压触发时间的漂移，导致了时间测量的不确定度。为此，须对相机测量数据进行校正。阐述了校正方法、提供了逐幅校正位置误差的修正系数。若以预置转速对应的名义周期值去处理测量结果，则相机的时间测量合成小确定度将达1％，对名义周期值和名义幅间间隔时间值进行修正后，则可降至0.3％。     

条纹及分幅相机技术发展概述

介绍了超快诊断技术研究的意义,概述了条纹相机和分幅相机的研究历史及现状,分析了几种主流条纹管的技术特点及主要应用领域,比较了国内外超快诊断设备研制单位特点,分析了我国在超快诊断技术方面所取得的成就、存在的问题并对下一步发展出路进行初步的分析与探讨。     

神龙一号参数测量用高速两分幅相机

采用长焦距镜头的后工作空间全口径分光原理,利用门控型像增强器、CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速快门控制触发系统等部件,研制了具有较高时间分辨能力和高灵敏度的两分幅高速相机,并在此基础上建立了束参数的高速测量系统。两分幅相机的最高快门速度约3 ns,幅间间隔时间则具有以0.5 ns的步进进行调节的能力;快门时间及幅间间隔时间可以分别独立调节,最大可到1 s;同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性,等效背景噪声低到约5 electronspixel-1s-1,并且分幅相机灵敏度调节范围大。该系统一次可以拍摄两幅图像,图像阵列可达到1 0241 024,满足神龙一号的各种测量要求。     

神龙一号参数测量用高速两分幅相机

采用长焦距镜头的后工作空间全口径分光原理,利用门控型像增强器、CCD相机、基于大规模可编程集成电路的高速快门控制触发系统等部件,研制了具有较高时间分辨能力和高灵敏度的两分幅高速相机,并在此基础上建立了束参数的高速测量系统。两分幅相机的最高快门速度约3 ns,幅间间隔时间则具有以0.5 ns的步进进行调节的能力;快门时间及幅间间隔时间可以分别独立调节,最大可到1 s;同时具有较好的线性度和空间响应的均匀性,等效背景噪声低到约5 electronspixel-1s-1,并且分幅相机灵敏度调节范围大。该系统一次可以拍摄两幅图像,图像阵列可达到1 0241 024,满足神龙一号的各种测量要求。     

阳加速器新磁绝缘传输线的设计与检验

介绍了阳加速器新磁绝缘传输线(MITL)的物理设计及实验检验。在缩短MITL整体长度及绝缘环宽度的同时,将原结构改成以共顶点同轴圆锥段为主体的新结构,使阴极表面、绝缘环及三相点满足电场设计要求,最小磁绝缘电流较原结构有所降低,将结构电感从原来的70.9 nH减小到31.7 nH。利用短路实验及丝阵内爆实验对新MITL进行了检验,结果表明新MITL的性能指标有所提高。     

阳加速器新磁绝缘传输线的设计与检验

 介绍了阳加速器新磁绝缘传输线(MITL)的物理设计及实验检验。在缩短MITL整体长度及绝缘环宽度的同时,将原结构改成以共顶点同轴圆锥段为主体的新结构,使阴极表面、绝缘环及三相点满足电场设计要求,最小磁绝缘电流较原结构有所降低,将结构电感从原来的70.9 nH减小到31.7 nH。利用短路实验及丝阵内爆实验对新MITL进行了检验,结果表明新MITL的性能指标有所提高。     

转镜分幅相机中分幅系统放大倍率的校正

理论上分析转镜分幅相机分幅系统放大倍率不一致产生的原因及因素。给出分幅系统放大倍率校正的方法,并以国内普遍使用的FJZ-250型高速转镜分幅相机为例,给出了每一画幅的放大倍率和校正系数。实测结果表明：分幅系统的放大倍率的不一致性与理论计算值差异较大,以校正的数据去分析处理爆轰实验底片,其空间测试精度有较大的提高。     

炸药柱面内爆磁通量压缩超高速同时分幅/扫描摄影技术

叙述了超高速同时分幅/扫描摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用,用自研的国内首台同时分幅/扫描超高速光电摄影系统,拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程同一时基、同一空基且具有超高时空分辨的一维和二维清晰图像。成功观察到柱面套筒内爆整个压缩过程,获得了该过程直径随时间变化曲线及压缩速度。实验结果表明,柱面套筒内爆强磁场压缩过程中存在界面不稳定性和不对称性现象,整个过程压缩时间8～10 s,压缩速度3.8～4.5 km/s。     

宽光谱超高速八分幅相机的光学系统设计

为满足数字超高速成像需求,提高相机的时间分辨率,设计了一种工作于350 nm~800 nm宽波段的八分幅相机光学系统。该系统采用光阑外置的会聚光分光结构,可同时获得同一物面的八幅相同图像,针对光学系统后截距、像方数值孔径等重要光学参数对像面照度差的影响、宽光谱成像的色差校正等问题进行了分析。在Code V中对中继镜头进行设计优化,像面大小可达26 mm,像方MTF在40 lp/mm时对比度达0.5以上,畸变小于1%,分幅后系统像面照度差在±10%以内。模拟结果表明:八分幅相机光学系统各幅图像一致性较高。     

取样成像扫描式分幅技术

 介绍了用于惯性约束聚变（ICF）等离子体诊断的取样成像扫描分幅技术的原理,分析了该分幅技术的有关特性参数,如曝光时间、画幅数目、空间分辨率等。借助于特别设计的扫描变像管进行了该技术的原理性实验,并利用计算机数字图像处理技术进行图像的重构。实验获得了持续时间约100ps的发光过程的16幅图像,曝光时间优于6.3ps,阴极上空间分辨率为3.5 lp/mm。     

取样成像扫描式分幅技术

介绍了用于惯性约束聚变（ICF）等离子体诊断的取样成像扫描分幅技术的原理,分析了该分幅技术的有关特性参数,如曝光时间、画幅数目、空间分辨率等。借助于特别设计的扫描变像管进行了该技术的原理性实验,并利用计算机数字图像处理技术进行图像的重构。实验获得了持续时间约100ps的发光过程的16幅图像,曝光时间优于6.3ps,阴极上空间分辨率为3.5 lp/mm。     

紫外探针光信号与加速器负载电流脉冲的精密同步技术

作为探针光源的Nd∶YAG激光器在其外触发控制线路固有延迟减小至100 ns后,从脉冲加速器形成线的主开关处选取Q开关的触发输入信号,利用示波器将激光器Q开关触发信号、加速器主开关触发信号、激光信号以及负载电流信号进行时间关联,测量结果作为调节系统延迟时间的依据,实现了探针光脉冲与加速器负载电流脉冲之间的精密同步,同步精度达到9.6 ns。     

紫外探针光信号与加速器负载电流脉冲的精密同步技术

 作为探针光源的Nd∶YAG激光器在其外触发控制线路固有延迟减小至100 ns后,从脉冲加速器形成线的主开关处选取Q开关的触发输入信号,利用示波器将激光器Q开关触发信号、加速器主开关触发信号、激光信号以及负载电流信号进行时间关联,测量结果作为调节系统延迟时间的依据,实现了探针光脉冲与加速器负载电流脉冲之间的精密同步,同步精度达到9.6 ns。     

高时间分辨的扫描式分幅技术

介绍了二种用于ICF激光等离子体诊断的X射线扫描式分幅技术的技术原理;分析了相关的性能参量.借助于特别设计的扫描变象管进行了该技术的原理性实验,并利用计算机数字图象处理技术进行图象的重构.实验获得了持续时间约100ps的发光过程的16幅图象,曝光时间优于10ps.阴极上空间分辨率分别为3.5lp/mm.     

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.