哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法

本文提出自适应光学成像系统中哈特曼波前探测器电子倍增增益的自适应控制方法,以使哈特曼波前探测器保持较高的信噪比同时避免亮度过饱和。利用亮度接近哈特曼饱和值的光源作为被观测目标,探测到的光斑阵列中有一个最高亮度值I_m,统计200帧~500帧中的I_m,计算其相对统计帧数的均值ī_m、I_m相对ī_m的均方差值σm;设定理想最高亮度值ī_(ms)比饱和亮度低3.0σm^3.2σm;再将光斑的亮度最大值相对一帧阵列中的光斑数计算平均值记为I_a,实时监测I_a;依据信号强度I与增益G的线性关系,事先测得哈特曼波前探测器的技术特征参数k_a、k_m和理想最高亮度值ī_(ms),即可以由当前帧探测数据I_a和增益G_a计算得到所需调整的增益值G_(ms)。

一种电子倍增CCD电子倍增增益的确定方法

电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)相机在使用过程中,需要校正其电子倍增增益。根据EMCCD的结构特征和单级倍增寄存器的电荷倍增特性,分析了已有电子倍增模型在实际应用中的局限性。针对特定的EMCCD器件,通过仿真计算,得到原有增益计算模型的关键参数与EMCCD工作电压、温度的数据表,并用多元回归分析的方法建立该参数与工作电压、温度的数学方程,利用该方程,代入原有增益计算模型,可以突破原增益计算模型的限制,得到了一种普遍适用且较为简单的EMCCD电子倍增增益计算方法。仿真计算所得结果与实际EMCCD器件的倍增曲线比较,数据吻合良好。该结果表明,这种确定增益的方法可以较方便地计算电子倍增器件的平均增益,在EMCCD相机设计和实际使用中有着良好的应用价值。

收集极对分离打拿极电子倍增器增益影响的模拟计算

使用CST粒子工作室对分离打拿极电子倍增器进行建模和仿真,采用控制变量的分析方法调整电子倍增器收集极的参数,得到了电子倍增器内部的电子轨迹图。分析了影响电子倍增器增益的主要因素,研究了收集极对电子倍增器增益的影响,并且通过改变收集极的位置和结构分别对电子倍增器的增益进行优化。研究结果表明,收集极距离第九级打拿极位置为0.6mm时,电子倍增器增益最大;改变收集极上折角度的研究结果表明,收集极两端上折60°时,电子倍增器的增益最大。

盒栅式电子倍增系统在不同路径下的模拟计算研究

利用CST软件对不同路径的盒栅式电子倍增系统进行建模,将相邻打拿极的排布分为"Z"型和"U"型。模拟计算这两种最小打拿极排布单元及其衍生路径下,电子倍增系统内电场分布、电子运行轨迹和电子倍增增益的差异。模拟结果显示,不同打拿极排布下电子倍增系统内的电场分布差异不大,但电子运行轨迹和电子倍增增益差别显著。结合盒栅式电子倍增系统实际装配的合理性,通过计算分析得出打拿极排布的基本原则,并在八级打拿极结构的情况下,优化得出较合理的排布路径。

盒栅式电子倍增器模拟计算

采用三维电磁分析软件CST对盒栅式电子倍增器结构进行建模,利用控制变量的分析方法修改模型参数,模拟计算了不同打拿极栅网结构参数和出射电子能量条件下电子倍增器内部的电场分布、电子运动轨迹以及倍增器增益。研究分析了打拿极栅网结构参数和出射电子能量对电子倍增器特性的影响。数值模拟结果表明,倍增器打拿极栅网密度过密或者过疏均会降低电子倍增器的增益,在打拿极栅网间距为0.9 mm时电子倍增器增益最高;较小的二次电子出射能量有利于改善倍增器内电子轨迹的发散并提高倍增器增益。

不同结构盒栅式电子倍增器模拟计算

利用CST三维电磁仿真软件对不同结构的盒栅式电子倍增器进行建模,采用控制变量的分析思想,模拟计算不同打拿极结构下的电子倍增器内电场分布、电子运动轨迹和倍增增益。数值仿真结果显示,不同结构打拿极电子倍增器内部电场稍有不同,并且导致倍增效益有所不同。在具有相同路径的8级打拿极结构的情况下,增益效果由强到弱的顺序为多边形、方形、弧形、三角形。多边形打拿极在二次电子发射材料镀膜区域不同的情况下,电子倍增器的增益效果具有很大的差异。

基于小波变换的EMCCD微光图像融合算法

由于增益水平的不同,电子倍增电荷耦合器件图像所显现的图像内容不同,且图像动态范围极窄、对比度低、图像整体偏暗或模糊发白。为了提高微光图像动态范围及对比度,采用将不同增益水平的微光图像进行融合的算法,即先获取两组同场景但增益不同的微光图像,再对小波分解后的微光图像选择不同的融合规则,最后通过小波变换实现图像融合,得到了高质量的融合图像,并取得了融合图像的信息熵、标准差、平均梯度等性能指标数据。结果表明,该融合算法能使得融合后的图像同时包含低亮度景物和高亮度景物,达到了增大微光图像的动态范围及对比度的目的,有效改善了微光图像的质量。