基于混合蛙跳优化的条纹管图像自适应增强

针对条纹管相机获取的条纹图像,提出一种将混合蛙跳算法和非完全Beta函数结合的自适应增强方法。利用混合蛙跳算法中局部信息交换和全局信息交换的寻优机制,增加寻优稳定性和加快收敛度。通过混合蛙跳优化算法自动搜索最佳灰度变换参数,从而得到一条最佳灰度变换曲线,实现对条纹图像增强处理。实验证明该算法能降低条纹图像中背景对目标的影响,且较好保留了图像中细节部分信息,在视觉上优于传统的增强方法。

大动态范围长狭缝条纹相机系统

为了满足ICF实验等离子体诊断需要,研制了一种大动态范围长狭缝软X射线条纹相机系统。该系统在保证30 mm的长狭缝的情况下,通过设计一种短聚焦区高压电子光学系统大大缩短电子的渡越时间、提高阳极工作电压至16.5 kV、弃用MCP内增强器、采用光纤面板耦合和使用制冷CCD等一系列措施,达到改善扫描变像管条纹相机动态范围的目的,同时保证具有较高的时间分辨力。动态测试表明,该系统动态空间分辨力为15 lp/mm,时间分辨力优于31 ps,动态范围大于922。

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;

基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统研究

讨论一种新型激光雷达成像方法,建立以皮秒条纹管相机为接收器的激光雷达成像系统.该系统采用皮秒钇铝石榴石(yttrium aluminium garnet,YAG)激光器作为激光源,通过可调延时器和标准具对条纹管相机的扫描速度和非线性进行标定.结果表明,该系统中皮秒条纹管相机的时间分辨率优于2 ps,非线性小于2%,具有时间分辨率高、测量时间短和光谱测量范围宽等特点.用该系统对不同距离两物体进行成像实验,理论计算出两物体的距离差与实际距离差较接近,从而验证了采用该系统进行激光雷达成像的可行性.为基于皮秒扫描相机的激光雷达成像系统的建立提供了理论与实验依据.

真空紫外/可见光纳秒条纹相机的研制

ＺＮＴ５００Ｋ真空紫外／可见光纳秒条纹相机已研制成功，在研制过程中，研制了新型变象管，较好地解决了ＭｇＦ２晶体和科伐材料的高真空封接，合理地确定了导电基底的材料和厚度，使光谱响应和透过率都满足要求；合理地确定扫描电路和电路参数。

变像管扫描相机扫描速度及非线性的标定技术

变像管扫描相机在超快物理过程的研究中具有广泛的应用。扫描速度及其非线性作为相机的主要技术指标之一,其准确度对实验结果有着重要影响。为了准确获取数据,确保实验结果的可靠性,采用皮秒光脉冲源、标准具及精密延时器,对高速变象管相机扫描速度和扫描速度非线性进行了实验标定,取得了较好的扫描速度非线性实验数据。结果表明,标定的变像管扫描相机最大扫描速度非线性为±3.52%;标定结果最大相对误差为±1.4%。这一结果对有效提高实验数据处理和物理分析的可靠性是有很大帮助的。

用于激光聚变的X射线条纹相机阴极检测系统

研制了一套X射线条纹相机光电阴极检测系统,用于激光惯性约束聚变中阴极的快速标定和检测。通过三位一体的条纹变像管设计,条纹变像管电子光学系统的优化,真空室、控制系统的制备,系统的装调、集成和测试,研制了光电阴极检测系统。组建了阴极系统静态测试平台,标定了其静态特性,测试结果显示:3条条纹像中心的偏移率在狭缝方向为2.8%,在垂直于狭缝方向为6.6%,平均放大倍率1.29,误差在0.8%,边缘空间分辨率大于10 lp/mm。该系统可以满足激光聚变诊断研究对于X射线条纹相机光电阴极的检测需求。

激光聚变领域高性能条纹相机研究现状与展望

条纹相机(包括X射线条纹相机和可见光光学条纹相机)是一种高时空分辨的诊断设备,在激光惯性约束聚变(ICF)物理实验研究中具有非常重要的应用。介绍了当今国内外激光聚变领域获得广泛应用的两种主要类型条纹相机的技术性能以及各自的技术特点,它们分别采用了同轴电极双聚焦电子光学扫描变像管和双板电极电子光学扫描管。在技术指标方面,重点论述了条纹相机动态范围的判据,分析了激光聚变实验对条纹相机动态范围的需求,介绍了当今国际上高性能条纹相机动态范围指标的现状。文章也介绍了和条纹相机发展应用相关的几项重要技术进展,这些进展包括先进光时标、抗辐射加固记录系统和抑制相机背景噪声的阴极选通技术。

一种条纹变像管静态电子光学聚焦特性数值模拟

对ICF实验中条纹相机的重要组件变像管的工作过程进行了介绍,建立了其内部电子光学系统模型,对其静态电子光学特性进行了数值模拟。模拟软件采用ANSYS,数值计算基于有限元数值计算方法,并利用哈密顿原理求解泛函,在控制计算精度的基础上,得出了该电子光学系统的内部静电场分布和轴上电位分布,同时对静态条件下的电子轨迹进行了模拟计算。结果显示了与理论解析结果很好的相似性,同时初步探索了电极尺寸及电压参数对成像的影响。结果表明,电压参数的改变对光电子成像的影响要更大一些。

基于时标系统的条纹相机动态畸变

针对神光Ⅲ原型实验中出现的动态畸变现象,开展了条纹相机动态成像特性研究。结合实验图像,利用CST Particle Studio软件模拟了强信号下变像管的成像过程,结果表明:在强信号下,变像管的空间电荷效应会造成电子束聚焦点与理想成像面距离减小,使得图像的放大倍数变小,产生信号弯曲现象,并且这一现象随着电流强度的增加更为明显。

一种皮秒级可见光条纹扫描管的研制

研制了一种全新结构的可见光条纹管。该条纹管采用全新的电子光学系统、高气密性金属陶瓷管壳结构、高传输带宽偏转系统,最终实现了5ps的时间分辨率、34lp/mm的静态空间分辨率等关键指标。该条纹管在超快探测领域具有广阔的应用前景,可用于实现超高时间分辨率、较高空间分辨率的探测。

阴极门控光学条纹相机

为满足惯性约束聚变(ICF)物理实验诊断中对高信噪比低噪声光学条纹相机的需求,基于六电极同轴型扫描变像管发展了一种阴极门控光学条纹相机。该相机通过阴极预置直流高压叠加门控脉冲电压的方法,使相机变像管电压只有在门控脉冲加载时间内处于正常工作状态,才能对阴极发射的电子进行正常聚焦扫描,而在非加载门控脉冲时间内,变像管的第二聚焦电极处电压低于阴极电压,从而使阴极发射的光电子被反向截止,因此相机只对在门控脉冲加载时间内到达的有用信号进行测量,从而有效抑制了光学条纹相机受环境光辐照而引入的背景噪声,提升了相机的信噪比。验证实验表明,通过在阴极上加载幅度-5.5 kV、脉宽203 ns的门控脉冲电压,即可较大程度降低相机噪声,同时可维持相机的空间分辨率。

爆炸驱动金属管膨胀理论计算

描述了对爆炸驱动金属管膨胀的理论计算并通过实验对其进行了验证。利用力学模型和经验公式计算不同材料和尺寸的金属管的爆轰参数:膨胀角、破裂半径和爆速。采用高速分幅相机测试技术,得到了金属管膨胀运动过程的分幅照片,掌握了金属管的膨胀及破裂情况,由此测得了膨胀角,并使用电探针测量了炸药爆速。通过与实验金属管的膨胀数据对比,为理论计算可靠性提供重要依据。

神光Ⅲ原型装置自瞄准X射线扫描相机研制

根据神光Ⅲ原型装置的特点,配套研制一种通用X射线扫描相机.相机既可用于高时间分辨的实验诊断,也可用于神光Ⅲ原型装置各束激光同步性能的检验.该相机在结构上,具备二维摆动调节和轴向进给调节的运动功能,实现了高精度自行瞄准,XY指向误差≤25 mm,轴向定位误差≤10 mm;在控制上,实现了全部高压的远程控制;在性能指标上,尤其是动态范围,也有较大的提高.动态测试表明,该系统时间分辨率<31 ps,动态范围>900.

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 1 0 0 ps的发光过程的 1 6幅图象 ,曝光时间优于 1 0 ps.阴极上空间分辨率分别为 3 .5 lp/ mm.

条纹管超高速探测器件和组件研究

分别介绍了不同类型的条纹管超高速探测器件、组件的工作原理、结构组成和基本性能参数。详细论述了两种典型结构条纹管器件的结构特点,工作原理,空间分辨率和时间分辨率测试。此外,还介绍了两种条纹管组件的结构,工作原理和实际测试结果。条纹管器件和组件采用独特的结构设计、实现超高速时空转换,获得了皮秒级乃至飞秒级的时间分辨率,是目前时间分辨率最高的光电探测器件。基于高时间分辨率性能的拓展,条纹管器件和组件在惯性约束、激光雷达和科学研究等超高速探测领域具有广泛的应用前景。

双阴极X射线条纹相机变像管

为解决基于X光条纹相机技术的时间分辨光谱诊断系统存在测谱范围窄、谱分辨较差的问题,采用双通道电四极透镜在空间方向聚焦电子和平板电极在时间方向压缩电子的方法,研制出一种双通道条纹相机扫描变像管,这种变像管可同时对两条阴极发射电子束进行聚焦扫描偏转,能大幅度提升变像管有效阴极长度,从而提升时间分辨光谱诊断系统的测谱范围和谱分辨.实测结果表明,研制的变像管有效阴极长度达到44 mm,空间分辨优于15 lp/mm,偏转灵敏度优于40 mm/kV.进一步优化变像管结构和采用高灵敏度图像记录系统以去除像增强器,可将变像管有效阴极提升到50 mm,空间分辨提升到25 lp/mm.

空间电荷效应对条纹像管分辨率的影响

条纹相机是一种重要的超快诊断仪器,在对超快现象进行研究的诸多科研领域里具有重要的应用价值。利用CST软件建立了一种条纹像管模型,通过数值模拟电子在条纹像管中的飞行过程,获得条纹像管的扫描图像,对比不同发射电流下的扫描图像,发现空间电荷效应使得扫描条纹形状发生扭曲,所携带的信息受到了影响。在考虑空间电荷效应的情况下对一种大动态条纹像管模型进行电极参数优化,通过提高发射电压并调整聚焦电极的电压,该条纹像管的边缘放大率与中心放大率的一致性由1.086变为1.064,减小了空间电荷效应对该模型成像质量的影响。实验结果表明优化方向和设计方案是正确的。

阴极直径100mm像增强器设计与研制

设计研制一种用于宽量程扫描相机的大工作面积、高空间分辨像增强器,实现对扫描相机大面积输出图像的增强,用以解决输出图像与CCD记录系统的直接耦合匹配问题,克服了采用光纤光锥或透镜耦合到小面积像增强器时光能利用率太低的问题.对像增强器样管的实验测试结果表明,像增强器输入面积直径大于100 mm,输出图像直径30 mm,放大倍率为0.33.中心空间分辨率达30 lp/mm,边缘空间分辨率达25 lp/mm,几何畸变不大于10%.试验结果与理论设计吻合良好,性能指标满足设计要求.

电极电压对条纹相机成像性能的影响

新装配的条纹相机在设计电压下往往不能实现最佳成像,如何实现多个电极电压的协调配合是快速实现条纹相机最优成像的关键.通过理论分析并利用数值模拟方法对条纹相机成像性能与电极电压的关系进行深入研究.研究发现,电极电压的分配对于变像管条纹相机成像性能至关重要,第1阳极对像面位置影响较小,第1聚焦极和第2聚焦极对像面影响显著,且第1聚焦极和第2聚焦极电压的调节对像面位置的影响方向相反.搭建实验平台对条纹相机进行测试,结果与理论分析一致.通过聚焦电极电压和阳极电压的联动调节能实现条纹相机像面位置的调节和分辨性能的优化,这对快速实现条纹相机最佳性能的优化具有重要应用价值.