高速变像管相机扫描时间和扫描速度的标定技术

    光机式高速摄影仪器中,机械部件的高速运动受到驱动功率、材料强度、动态像质等多方面的限制,它们的时间分辨本领或摄影频率在目前条件下很难有进一步的提高。高速变像管相机中的变像管对电子束的控制则非常灵活方便,它可以达到很高的时间分辨本领和摄影频率。但是,高速变像管相机也有它的缺点,其中扫描速度不均匀性较大是普遍存在的一个问题,同时它还直接影响到扫描时间的测量。据资料反映,如果荧光屏扫描方向尺寸大于30 mm时,扫描速度不均匀性数值可达10%左右,小范围内也在3%左右,这个数值远大于转镜式高速扫描相机的扫描速度不均匀性(最大仅1%)。但根据我们的标定,实际情况比上述更为严重。这种不均匀性不仅产生了扫描时间上的计量误差,而且由于像面上扫描速度的不同,相同强度的光脉冲在荧光屏上的光强会不一样(扫描速度慢时,荧光屏上光强相对亮;速度快时,荧光屏上光强相对弱),导致光强的测量也不准确。因此,对高速变像管相机扫描时间和扫描速度进行标定是非常必要的。较为粗略的标定方法是:沿扫描方向分别标定各小段的平均扫描速度,分段处理实验数据。在作精密测量时,上述标定还达不到要求,需要进一步进行数据的处理。根据标定的各小段的平均扫描速度,拟合出扫描时间和扫描速度随扫描位置的变化方程,按照拟合的方程可以很方便地处理实验数据。为了提高标定精度,标定的间隔距离应越小越好,但它又受到狭缝像大小和底片曝光度的限制。因此,要通过实验选择合适的间隔距离和大小合适的狭缝像[1~3]。  我们使用的变像管相机扫描方向尺寸为40mm,像面上的扫描速度不均匀性更大,因此对其标定是非常必要的。目前,在国际上未见针对高速变像管相机的标定技术的相关报道。在国内,我们首次采用超短激光脉冲光源和高精度延时触发器对其进行了标定。

    1 标定方法

    标定实验框图如图1所示。经不同延时后,在变像管荧光屏上获得多个ps光脉冲图像,以此对高速变像管相机的扫描时间和扫描速度进行标定。

    标定仪器包括ps光脉冲源和延时发生器。ps光脉冲源作为标定光源,延时发生器分两路分别触发ps光脉冲源和高速变像管相机,由于ps光脉冲源光强较弱,因此直接将其对准相机的狭缝。使高速变像管相机处于扫描(streak)和重复(repeat)状态,通过调节延时发生器两路触发延时时间,使得狭缝像在荧光屏最左边成像,这一时刻就表明ps光脉冲源和高速变像管相机处于同步工作状态。固定触发变像管的延时,逐步加大触发ps光脉冲的延时,便可得到一系列光脉冲图像,从而计算出平均扫描速度和总记录时间。