双磁透镜与单磁透镜分幅变像管空间分辨特性的比较

基于时间展宽技术,设计研制了大面积阴极分幅变像管。借助Matlab编程分别对单磁透镜和双磁透镜像管在离轴空间分辨率和像场畸变等方面特征作了数值模拟,并采用阴极微带光刻分辨率板进行测试验证。实验测试显示,在缩小一倍成像下,双透镜像管在离轴9 mm以内的空间分辨率优于5 lp/mm。相比单透镜像管,双透镜像管具有更高的空间分辨率,更大的有效成像范围以及更小的成像畸变。因而,采用双透镜成像能够有效地提高像管的空间分辨能力,可为分幅相机性能的进一步提升提供新的思路。     

三通道门控分幅相机及其触发晃动测量

研制了三通道微通道板(MCP)门控X射线分幅相机,其MCP微带阴极宽度为8 mm,相邻两阴极间隔为2.8mm,由幅值为-1.9kV和宽度为210ps的门控脉冲进行驱动。采用光纤传光束法测量了相机的触发晃动。实验结果表明,相机的触发晃动约为94ps,与高速示波器测得的90ps基本一致。此外,测得相机的时间分辨率约为100ps。     

电子束时间聚焦技术

利用时间展宽分幅相机研究电子束的时间聚焦现象.当阴极未加载脉冲电压时,测得相机的时间分辨率为80ps.当阴极加载斜率为14V/ps的脉冲电压、电路延时为11.395ns时,相机的时间分辨率为8.8ps,电子束的时间宽度经历了被压缩到被展宽的过程.改变阴极脉冲下降沿斜率,研究电子束时间聚焦时系统时间分辨与下降沿斜率的关系.当下降沿斜率为1V/ps时,时间分辨近似等于80ps,电子束到达微通道板时其时间宽度约等于原始宽度.当斜率大于1V/ps时,时间分辨小于80ps,到达微通道板时电子束时间宽度被展宽.当斜率为0.5V/ps时,时间分辨大于80ps,到达微通道板时电子束时间宽度被压缩.     

时间展宽X射线分幅相机空间分辨特性

利用Monte Carlo方法、有限元法和有限差分法建立了时间展宽X射线分幅相机的理论模型,对相机静态空间分辨特性进行了理论研究。当光电阴极的电压为-3kV,采用三个磁透镜,成像倍率为2:1时,相机的静态空间分辨率优于110μm.研究了空间分辨率与发射位置、阴极电压、磁聚焦透镜数量的关系.模拟结果表明,发射位置离中心越近,阴极电压越高,磁聚焦透镜个数越多,空间分辨率越好.此外,平面的光电阴极经磁聚焦透镜成像后,像面不是一个平面而是一个曲面.     

宽微带X射线分幅相机的研制

研制了应用于平焦场光栅谱仪系统的宽微带X射线分幅相机,微通道板(MCP)微带阴极的宽度为20mm,由四路选通脉冲同时驱动。分幅相机采用模块化设计,由气室、MCP变像管、电控系统、光学CCD记录系统和内嵌式计算机组成,内嵌PC104模块实现相机的远程控制。对相机进行联调实验,测得该相机的时间分辨率为71ps,空间分辨率为20lp/mm,垂直于选通脉冲传播方向的微带均匀性为1.5…1,平行于选通脉冲传播方向的微带均匀性为5.1…1。     

基于微通道板选通的飞行时间测量技术

研究了基于微通道板(MCP)选通技术的电子飞行时间(TOF)测量系统。调节MCP选通脉冲延时,使得电子和选通脉冲同时到达MCP,从而产生动态图像。利用高速示波器获得电子在50cm漂移区的TOF。当阴极电压为-3.5kV时,测得电子从阴极到MCP的TOF约为15ns。改变阴极电压,获得了TOF与电子能量之间的关系。结果表明,随着电子能量的增大,TOF不断减小。该TOF测量系统的时间分辨率为88ps。     

脉冲展宽分幅变像管场曲特性研究

介绍了一种脉冲展宽分幅变像管,并对其场曲特性和离轴空间分辨本领进行了分析.该分幅变像管采用多个短磁透镜将产生于阴极的电子图像成像于微通道板接收面.通过模拟仿真对透镜个数成像的场曲特性进行了研究,并通过实验进行了验证.仿真计算结果表明,采用多透镜可有效校正成像系统场曲,提高空间分辨率.当成像比例为1∶1时,在离轴30 mm处单透镜、双透镜、三透镜和四透镜成像面与高斯像面的轴向偏离分别为13 cm、4.7 cm、2.5 cm和1.7 cm.测试结果表明,采用四透镜成像系统的离轴调制度较单透镜提升了约40％.     

基于条纹管的压缩超快成像系统理论模拟

对基于压缩感知和条纹相机的压缩超快成像系统进行模拟仿真,原始三维图像I(x-y-t)经数字微镜设备（digital micromirror devices, DMD）进行编码调制,然后传输至狭缝全开条纹变像管,经偏转电场作用后,多幅不同时间图像将叠加,并在CCD上输出最后积分图像。采用总变分还原算法将CCD积分图像重构出多幅原始图像I(x-y-t)。对压缩超快成像系统的图像采集过程及还原算法进行了模拟仿真,获得了激光在空气介质中传输过程的8幅动态二维图像,每幅图像的曝光时间为12.5 ps,重构信号与原始信号的相似度为92%。     

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。