条纹相机扫描电路特性研究

　　在近代科学的许多领域都遇到了大量的超快速现象[1~3],为了研究这些超快速现象,人们发展了多种超快速测量技术,其中条纹相机技术能同时获得单次光脉冲的一维空间信息和时间结构信息,具有特殊地位[4].条纹相机扫描电路的性能直接影响到条纹相机的扫描速度、扫描图象在时间轴上的线性以及条纹相机的触发晃动,这些都是相机的主要性能指标,也是使用者最关心的问题.

　　本文阐述了条纹相机扫描线路的工作原理、扫描线性的提高、扫描电路触发晃动的消除等问题.对Nd:YAG锁模激光器输出的超短激光脉冲(脉宽几十ps,λ=1 064 nm)经KTP晶体倍频得到λ=532nm的超短激光脉冲,利用这个脉冲和几种不同的标准具,测量了条纹相机扫描电路的扫描速度和扫描线性.利用半导体激光光源输出的超短激光脉冲,测量了条纹相机扫描线路的触发晃动,得到了很好的实验结果.

　　1　扫描速度和扫描线性的研究

　　1.1　扫描脉冲发生器

　　一套完整的扫描电路应由脉冲发生器、积分(延迟)电路两部分组成.脉冲发生器的作用是产生一个上升沿非常陡的高压脉冲.一般扫描线路的名称以脉冲发生器选用的开关元件命名,根据开关元件不同,扫描电路可分为激光触发火花隙扫描电路、冷阴极闸流管扫描电路、雪崩晶体管扫描电路、微波三极管扫描电路以及半导体光电开关型扫描电路等几种类型[5].

　　我们设计的扫描脉冲发生器原理用12支雪崩晶体管作开关元件,采用双边双极性结构,线路总电源为±1.4 kV,产生高压脉冲的幅值最高可达±1.8 kV,在雪崩管射极与地之间接有不同电容值的高压电容,主要是为了抑制电路中产生的高频振荡,提高扫描电路的线性.为了防止扫描图象畸变,提高条纹相机整机的空间分辨率,电路采用推挽式输出,发生器输出两个极性相反对称性很好的偏转电压.

　　积分电路是一个RLC积分电路,其中R、L、C等参数值除了所选元件的参数外,还应包括扫描脉冲发生器、偏转板以及连线等分布参数.积分电路主要作用是调整脉冲发生器产生的高压脉冲,改变其上升沿斜率,以改变条纹相机的扫描速度,适应不同持续时间光信号的测量.积分电路还有一个作用是延时和滤波,利用积分电路的延时和滤波作用可以有效抑制叠加在扫描电压上的寄生振荡,得到较好的扫描线性.扫描电路的安装调试是一个技术难度很大的工作.为了消除寄生振荡,得到较好的扫描线性,需要反复调试.实验中,我们共选用了5组不同的RLC参数,对应于5档不同的扫描速度.各档之间通过波段开关进行切换.

　　1.2　扫描速度和扫描线性的实验测量