电子束时间展宽皮秒分幅相机

研制了基于电子束时间展宽技术和微通道板(microchannel plate,MCP)选通技术的时间展宽分幅相机。相机有三条厚度80 nm、宽度8 mm的微带阴极,阴极上加载斜率为2.1 V/ps的高压斜坡脉冲,使得先发射的电子较后面的电子速度快,经过50 cm的漂移区后,电子束产生时间展宽,从而提高相机时间分辨率。阴极和MCP均加载了脉冲电压,因此,需要精确同步光脉冲、阴极脉冲和MCP选通脉冲,分析了完整的同步过程。当阴极仅加直流电压,无电子束时间展宽时,获得相机的时间分辨率为78 ps。当阴极加载高压斜坡脉冲时,电子束时间展宽技术将系统的时间分辨率提高至12 ps。改变延时,将光脉冲分别同步在斜坡脉冲不同位置,获得了时间分辨率与同步位置的关系。

时间展宽分幅变像管的时间分辨率探究

采用经典公式、平均场理论和脉冲展宽模型研究时间展宽分幅管的物理和技术时间分辨率。分析电子初能、阴极偏置、阴极脉冲斜率和漂移距离等参数对时间分辨率的影响。讨论时间分辨处于皮秒级和亚皮秒级时物理和技术时间分辨所起的作用,并探讨实现亚皮秒级时间分辨的可能性。研究结果表明:物理和技术时间分辨相互制约,当像管时间分辨处于5 ps量级时,技术时间分辨决定像管时间分辨;当像管时间分辨提升到亚皮秒量级时,物理和技术时间分辨处于同量级,像管时间分辨由两者共同决定。

尾流气泡对脉冲激光时间展宽的研究

为了研究气泡对激光的时间展宽问题,采用米氏光散射理论,对气泡的光散射特性以及多次散射效应进行了理论分析,并开展了实验研究,得到了气泡在不同距离时后向光散射信号波形。结果表明,气泡对激光脉冲的传输有明显的影响,导致了脉冲激光在时间上的展宽,信号展宽的宽度随距离近似呈二次曲线变化。

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.

探地雷达采集系统时间展宽电路校正方法研究

时间展宽电路是探地雷达随机等效采样系统的核心模块,用于将纳秒级的脉冲信号展宽为微秒级的脉冲信号,实现随机等效采样的数据恢复。由于展宽电路在井下工作的环境温度变化会严重影响其工作性能,目前缺少对电路校正的方法。为此,研究了一种时间展宽电路校正方法。该研究方法为将一个纳秒级脉冲宽度的标准脉冲源作为时间展宽电路的输入信号,得到时间展宽电路的输入输出关系,建立时间映射表,用于校准时间展宽电路。通过改变展宽电路的电容容值来模拟环境温度变化,对时间展宽电路进行测试,结果表明,改进后的时间展宽电路时间测量误差小于0.1 ns。

空间电荷效应对时间展宽分幅变像管时空性能的影响

X射线分幅相机是惯性约束聚变实验中的重要二维超快诊断设备,具有长漂移区结构的时间展宽分幅相机,在大幅度提升时间分辨性能的同时,会使空间电荷效应时空弥散变大。为探讨空间电荷效应的影响,以短磁聚焦分幅变像管为例,通过平均场模型和电子轨迹及成像分布研究空间电荷效应的时空弥散,并分析其对像管的影响。研究和分析结果表明,空间电荷效应引起的时间弥散与阴极电压、展宽脉冲斜率和漂移距离有关,空间弥散与成像系统和电子脉冲电流密度相关。当分幅变像管的时间分辨率提升至2ps左右时,空间电荷效应的时间弥散相当于物理时间分辨,成为制约时间分辨性能进一步提升的主要因素,此时像管空间分辨性能降低8%左右。通过对像管空间电荷效应研究及其降低方法的探讨,为亚皮秒时间分辨分幅变像管的研制提供理论参考。

双磁透镜对时间展宽分幅变像管性能的影响

采用双磁透镜设计时间展宽分幅变像管,对其空间分辨特性进行模拟和测试。采用2#分辨率板测试像管空间分辨率,以及大面积阴极测试像管在离轴位置的空间分辨能力。测试结果表明,双磁透镜像管的空间分辨率为74 mm;在图像缩小1倍时,能有效分辨阴极距离中心轴位置30 mm的信息。像管的空间分辨率和在阴极离轴位置的分辨能力都优于单磁透镜像管。因此,双磁透镜能有效提高时间展宽分幅变像管的空间分辨特性。

磁聚焦成像电子束时间展宽分幅相机的时空特性

研制了一款新型磁聚焦成像电子束时间展宽分幅相机,研究了其空间分辨率与磁聚焦透镜数目及电流间的关系,实验结果表明:采用三个磁聚焦透镜且电流适合时,相机的空间分辨率最高;离轴越远,空间分辨率越低。研究了相机的空间分辨率与电压间的关系,发现空间分辨率随着阴栅极间电压的增大而提高。该新型分幅相机成像面为一个曲面,整个阴极面不能同时清晰成像。采用电子束时间展宽技术后,该新型分幅相机的时间分辨率提高至11ps;当成像倍率为2…1时,相机的静态空间分辨率为5lp·mm^(-1)。

基于啁啾光纤光栅的时间展宽模数转换系统

在高速数字信号处理系统中，模数（A／D）转换技术被认为是制约其性能的主要因素。光电模数转换技术被认为是解决电子瓶颈问题、实现超宽带、高采样率和转换精度的A／D转换器的一种具有发展潜力的技术。提出了一种基于普通啁啾光纤光栅的时间展宽系统的结构，并将它与基于光纤色散的时间展宽系统进行了比较，还通过数值仿真分析了光纤光栅的反射谱纹波和群时延纹波对时间展宽系统的影响。普通啁啾光纤光栅的插入损耗和体积都很小，有利于研制小型化的高速A／D和光采样的高速示波器。

一种基于时间展宽的光模数转换技术

基于时间展宽的光模数转换技术通过在采样量化之前对模拟信号进行时域上的展宽,可大大提高模数转换器(ADC)的性能。介绍了这种技术的基本原理,分析了基于此技术的并行ADC采样结构的性能,并对该结构与传统并行采样结构进行了比较,结果证明,该技术具有高采样率、大有效输入带宽以及高分辨率等优势。

湍流介质中传播的脉冲时间展宽特性

脉冲信号通过诸如电离层等湍流介质传播时,受来自介质背景和分布其中的不规则体的色散和散射的影响,将导致波形形变。均方脉冲宽度将发生改变,导致时域内的展宽效应。利用最近由迭代方法而得到的双频互相干函数的解析解,从理论分析和数值模拟两方面研究了脉冲的时间展宽特性。作为例子,详细研究了穿透电离层传播的情况。结果表明在大多数情况下展宽的贡献主要来自于背景电离层的色散和电子浓度不规则体的散射效应。

短磁聚焦时间展宽分幅变像管成像性能及像差分析

分幅变像管是惯性约束聚变诊断实验中重要的二维空间分辨诊断设备。为研究短磁聚焦时间展宽分幅变像管的成像性能,通过计算像管中电子运动轨迹和成像分布来模拟空间分辨率和成像面,并采用像差理论展开分析。结果表明,短磁聚焦成像系统的球差和场曲是造成像管空间分辨性能下降的主要因素,单/双透镜像管球差系数分别为0.229和0.07,场曲分别为0.021和0.009。球差系数和场曲越小,像管的成像性能越好。

皮秒级时间间隔测量精度检定方法的研究

皮秒级时间间隔测量的误差检定,是诸多领域关键仪表/部件选型以及系统误差评估控制所需要的。在长期高精度时间间隔测量的工程实践中,发现测量结果存在不合理的规律漂移起伏。通过理论剖析和相关实验验证:确认漂移起伏的根源是高精密时间测量仪器时间展宽电路的放大非线性度造成的,同时反映出原有检定方法的不足;针对高精度时间间隔测量误差检定的需要,我们提出了新的检定方法"受控频偏时间间隔连续检测法"并实验验证了其的正确性;并使用该方法对相关高精度时间间隔测量仪器进行了对比检定。

高时间分辨分幅成像技术分析及性能测试

为获取更多惯性约束聚变内爆运动信息和测量聚变燃烧阶段等离子体的时空特性,以微通道板(MCP)选通分幅变像管为基础,采用电子束时间展宽技术和组合透镜成像技术,研制了曝光时间优于30 ps的分幅变像管,并通过变像管结构、工作原理和实验测试分析了2类像管性能差异的原因。研究结果显示,MCP选通分幅变像管具有良好的空间分辨性能,而采用新技术的变像管则具有更优秀的时间分辨性能,实验测试获得MCP选通分幅变像管的曝光时间和空间分辨率分别为97 ps和~53μm(调制度为4%),而采用新技术的分幅变像管分别为和21 ps和~74μm(调制度为3%)。高时间分辨分幅成像技术的应用可为惯性约束聚变的研究提供更多的可信数据。

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。

一种大规模高速并行采样及校正技术研究

采用多ADC并行采样结构是迅速提高数据采集系统实时采样率的重要途径。首先提出了一种大规模并行采集系统的总体方案；然后重点阐述了大规模并行采样技术实现与校正的若干关键技术：高速并行采样时钟的产生技术、并行采样数据触发点定位技术和非均匀采样实时校正技术；最后给出了实验结果与分析。采用上述关键技术的高速数据采集系统具有实现成本低、性能指标可靠、实时性高等优点。

激光在云层中传输的特性分析及蒙特卡罗模拟

为了研究激光在云层中传输的多次散射特性,分析了传输过程中的功率损耗,并采用蒙特卡罗法模拟传输过程,得出时间展宽后的脉冲波形。结果表明,时间展宽后的脉冲具有陡峭的上升沿和指数形式的收尾;非对称因子、云层物理厚度、消光系数、接收视场角等对时间展宽都有影响,其中,非对称因子、云层物理厚度对时间展宽及时间延迟影响较大。

激光在烟幕中传输的蒙特卡罗模拟

建立蒙特卡罗计算模型,模拟计算1.06μm脉冲激光在石墨烟幕中的传输.分析透过率与石墨粒子粒径、烟幕浓度、烟幕厚度的关系,用卷积方法计算一定宽度的脉冲激光穿过烟幕后的波形,数值仿真δ脉冲和矩形脉冲激光在各种石墨烟幕中的时间展宽特性.模拟结果表明:石墨粒子存在一最佳半径(0.16μm),该半径的石墨粒子烟幕不仅使激光能量衰减最强,而且产生的时间展宽也最显著;激光脉冲宽度越小,其波形变化和时间展宽越显著,微秒量级脉宽的激光脉冲穿过烟幕后波形变化和时间展宽效应不明显.

基于随机等效采样的高速数据采集系统的设计

随机等效采样实际上是以触发点为时间参考基准对周期快变信号进行采样、存储和重构的技术。随机等效采样的关键在于精确测量触发点与下一个采样时钟间的时间间隔 ,以及通过等效采样算法确定各次采样数据在信号重建的位置 。