X光条纹相机时间性能标定

    X光条纹相机作为一种具有高时间分辨能力的设备,在惯性约束聚变(ICF)实验诊断中具有重要作用。它不仅能提供空间分辨的图像,同时还能提供等离子体随时间运动变化的信息。为了准确获得等离子体运动的时间信息,就需要精确的了解X光条纹相机的时间性能。但是由于实验条件的限制,在以前实验中使用的X光条纹相机一直还没有进行过扫速、时间分辨等性能的标定,只有出厂提供的标称值。随着ICF实验的进一步深入,对诊断设备精密化和可靠性的需要日益突出。国外很早就对X光条纹相机的各项性能标定方法进行了研究,并且利用各种超短脉冲激光器获得了所用相机的时间性能数据[1]。因此,我们利用上海激光联合实验室的20 TW激光器,对X光条纹相机扫速、时间分辨等性能进行了实验标定。

    1 实验布局

    实验布局及光路如图1所示,触发脉冲通过PIN探头从激光器前端引入。20 TW激光器的基频光波长为1 053 nm,而X光条纹相机的光阴极只对紫外波段和X光波段敏感,所以必须将入射激光进行四倍频后得到波长为263 nm的紫外波段激光。

    实验中使用的标准具由透过率不同的镜片组成(见图2),膜面间距为60 mm。两块镜片的镀膜面在镜片的内表面,因此,相邻脉冲间的时间间隔就是激光在长120 mm空气中传播的时间,为400 ps。第一块镜片的透过率是50%,第二块镜片的透过率是33%。

    同时考虑到扫描电压斜率的不稳定性会引起扫速的不均匀,在实验中通过改变触发延时的方法,使扫描电压的不同位置扫描待测信号,这样就得到了在屏幕中不同位置的信号。实验结果证实了扫描电压斜率确实存在不稳定性。

    2 实验原理

    由于20 TW激光器的脉宽为1 ps,比X光条纹相机的时间分辨高得多,因此在标定实验中可以不考虑激光器脉宽的影响。

    实验原理是利用标准具产生时间间隔已知且固定的多脉冲,X光条纹相机扫描后,通过CCD记录系统就可以得到序列脉冲信号。

    图3为标定实验中得到的典型结果,由标准具多次衰减得到强度递减的脉冲。图3经过处理可以得到强度随时间的曲线如图4所示,从图4我们可以得到相邻脉冲峰值在CCD上的像素差$x,而相邻脉冲的时间间隔$t已知,这样我们就可以得到CCD记录到的相机扫速v=$t/$x,单位是ps/pixel[2-4]。利用图4中每个脉冲的半宽度可以给出X光条纹相机的时间分辨。

    3 标定结果与分析

    3.1 扫速数据分析

    我们对该相机配置的3种不同扫速盒的扫速分别进行了标定。并且通过调节延迟时间使扫描斜坡电压不同位置测量入射序列脉冲信号,从而考核相机的扫描非线性。