光学条纹相机扫描速度和非线性的测试

    0　引言

    在惯性约束聚变实验研究中,其发生过程是很快的(ns级)。光学条纹相机是必不可少的实验设备。在光的脉宽测量、冲击波测量等实验中[1～3],条纹相机是主要的测试仪器。

    光学条纹相机的扫描线路是由多个雪崩晶体管串联,通过“雪崩”产生线性快速斜坡高压脉,从而获得相应的扫描速度,由于晶体管存在老化现象,因此每隔一定时间,应该对标称扫描速度及其非线性进行校准。如此才能保证科研生产的正常进行和数据获取的准确度,确保实验结果的精确性。

    1　结构和工作原理

    1.1　结构

    光学条纹相机主要由狭缝成像系统、变像管、像增强器、扫描电子线路、高压供电线路、同步触发系统及CCD数据采集处理系统组成,见图1。

    1.2　工作原理

    一定强度的激光束辐照条纹相机的光学狭缝,在成像系统的作用下将不同宽度的狭缝成像(放大或不放大)到扫描变像管的光电阴极上,将激光的立体空间分布转换为一维的空间分布。光电阴极的作用是进行光电转换,即产生光电子,光电子在阴栅高压的作用下,沿电场方向运动,经过变像管聚焦极,到达扫描偏转板,在扫描斜坡脉冲的作用下,按时间先后成像在像增强器输入端面,经像增强器放大,最后在荧光屏上成像,并由高分辨的CCD记录下来,供计算机处理。实现激光的一维空间分布转换为强度-时间分布。

    2　实验条件

    2.1　系统、器具条件

    1)YAG染料激光器:输出脉宽约40ps,能量约1mJ,是序列脉冲,间隔时间约1ns。

    2)标准具:前端面镀有0.53Lm半反膜,后端面镀0.53Lm高全反膜。有500和200ps两种。

    3)倍频器:KDP晶体,U30mm,倍频效率10%～40%。

    4)分光镜:U50mm,0.53Lm 45°,R=50%。

    2.2　环境条件

    1)220V交流稳压电源。

    2)接测量专用地线,或系统的地线悬浮(主要防止系统的地线与其他强电设备的地线相互干扰)。

    3)18～25℃,相对湿度40%～70%。

    4)在允许背景光环境中使用,以防止周围自然光长时间轰击条纹变像管的光电阴极,从而导致其灵敏度降低。

    3　实验光路

    实验光路见图2。相机触发是待标相机不可缺少的,利用取样镜分取的主激光触发相机,以使相机触发同步地获取狭缝成像。主激光(1.054Lm)经倍频器后,由红外波段转化为可见光波段,有利于光路的调整。因为标准具入口端镀有半反膜,对波长0.53Lm的光反射率为50%;另一端镀有高反射膜,对波长0.53Lm的光,反射率为100%。故激光在标准具内来回反射,并输出一系列强度按50%衰减的光脉冲。根据所标定的条纹相机的扫速档位,精确调试用于标定标准具的空气(或玻璃)间隙。用经中物院计量中心标定的游标卡尺精确测试该空气间隙的宽度10次,然后取平均值,判定该空气间隙的宽度。再根据光束在介质中的传播速率精确计算出该间隙所代表的时间值。