用于电子束参数测量的高速分幅相机

    引 言

    对于高能强流电子束束流参数测量技术而言，随着对其性能研究的深入和测试技术的进步，已提出了进行束流参数的时间分辨测量的高要求，时间分辨测量的重要性在于可以了解电子束脉冲的各种参数在约100ns 的时间内发生变化的过程，从而对电子束的调控提供出准确的数据，对于更精细了解电子束性能和电子束调试具有很重要的意义。要进行时间分辨的测量工作，首先就要拥有达到要求的具有时间分辨测量能力的关键设备——高速分幅相机；在具有时间分辨能力的高能强流电子束束流参数测量领域内，需要的是幅间间隔时间约 10ns、每幅图像曝光时间不大于 5ns 的高速分幅相机。通常的高速摄影设备大多是机械式的，由于在转速、曝光时间、稳定性、同步等多个方面无法满足相应的要求而不能被应用，因此在该应用领域内需要研制新型的高速分幅相机，应完全屏弃机械结构而采用电子控制结构，如变象管[1]；针对这种应用要求，结合快速电子技术、图像增强技术、光学分光技术等多门学科的成果，研制了一台可用于高能强流电子束束流参数的时间分辨测量的高速分幅相机，具有的图像幅间间隔时间最高到达 10ns，最小的曝光时间为 3ns，一次可以拍摄到 8 幅图像，图像分辨率为 1376×1035，标准幅面可以达到Φ80mm，满足了目前的测量要求；利用该相机建立了一套强流、高能电子束参数测量系统，首次用于强流、高能加速器电子束的参数测量工作就获得了具有高速时间分辨能力的测量结果，并且观察到了较多过去未观察到的现象，为加速器的研究提供了又一个强有力的测试手段。

    1 高速分幅相机的结构

    图 1 是高速分幅相机的结构示意图，它主要由成像物镜、平行光转换及 8 路分光系统、8 路 ICCD 相机、时间控制系统和微机组成。入射物光经主成像物镜(更换主物镜可以改变能够测量的幅面)后，成像于平行光变换物镜的前焦平面上，因此进入分光系统后的成像光线为平行光束，由分光锥分为亮度相等、空间分离的 8 路光束，8 路光束的每一束对应一路镜头耦合的 ICCD 相机，由其上的镜头清晰地成像在 ICCD的光敏面上，图像信息则由计算机读取。因此，分光系统及相应的成像镜头在空间上将图像分为了 8 幅，而在时间上则由多路时间控制系统产生控制 8 路 ICCD 顺序导通的门控信号，从而获得在时间上也分开了的序列图像，最终达到有时间分辨能力的图像采集能力。

    系统的时间控制电路具有曝光时间、图像幅间间隔时间单独调节的特点。