一种超高速相机时间响应特性测定平台及测定方法技术

本发明专利技术公开了一种用于测定超高速相机时间响应特性的测定平台，包括超短脉冲激光器、高精度同步机、分束镜、能量卡计以及漫反射屏。并且还提供了利用该平台测定超高速相机时间响应特性的方法，即通过高精度同步机控制超短脉冲激光器输出单脉冲激光束，利用能量卡计以及分束镜对每一发的激光输出能量进行监测；透过分束镜的激光束入射到漫反射屏形成均匀散射的光斑；在光束到达漫反射屏的同时，高精度同步机触发超高速相机，控制超高速相机对屏上的散射光斑进行拍照，得到具有强度响应的图像。通过一系列归一化处理即可得到超高速相机的时间响应特性。与现有技术相比，具有结构简单、测量结果更全面准确、成本低的特点。

A platform for measuring the time response characteristics of ultra high speed cameras and its measuring method

The invention discloses a measuring platform for measuring the time response characteristics of ultra-high-speed cameras, including an ultra-short pulse laser, a high-precision synchronizer, a beam splitting mirror, an energy calorimeter and a diffuse reflection screen. A method for measuring the time response characteristics of ultra-high-speed cameras using this platform is also provided, that is, to control the output of ultra-short pulse laser beams by a high-precision synchronizer, to monitor the output energy of each laser beam by an energy card and a beam splitter, and to incident a laser beam through a beam splitter into a diffuse reflection screen. When the beam reaches the diffuse reflector screen, the high-precision synchronizer triggers the ultra-high-speed camera, and controls the ultra-high-speed camera to take pictures of the scattered light spot on the screen to obtain the image with intensity response. Through a series of normalization processing, the time response characteristics of ultra high speed cameras can be obtained. Compared with the existing technology, the utility model has the advantages of simple structure, more comprehensive and accurate measurement results, and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种超高速相机时间响应特性测定平台及测定方法
本专利技术涉及检测
，具体涉及一种超高速相机时间响应特性测定平台及测定方法。
技术介绍
超高速相机在冲击波物理、爆轰物理、等离子体物理、加速器物理、高压放电、燃烧学等众多研究领域具有重要的应用价值。通常超高速相机的曝光时间最快可至亚纳秒级，且曝光时间可调，因而可以用来对各类快速变化的物理过程进行超高速摄影。在实际应用过程中，对超高速相机的时间响应特性，包括曝光全程的开/关门时间、总曝光时间以及曝光过程中的响应曲线进行测定，是检验相机工作状态，分析及获取正确实验结果的关键前提工作。目前直接测量超高速相机曝光时间的技术主要是光纤束阵列法，在进行测量之前，首先要根据测量范围以及测量精度要求，制作光纤束阵列。但是，由于测量范围越大，精度越高，需要制作的光纤束阵列越复杂，成本也越高；并且，为了避免光纤材料对激光脉冲长度的展宽，光纤束阵列使用的是单模光纤，耦合效率较低，且耦合效率对激光入射角极为敏感，在实际操作中要让每根光纤输出光强保持一致极为困难。因此，采用该技术进行相机测试时，尽管可以给出相机的总曝光时间，但由于每根光纤的输出光强差异较大，从每根光纤的强度变化无法准确给出相机的开/关门时间以及曝光过程中的响应曲线。而在另一个采用脉冲激光测量高速相机中控制快门曝光时间的关键元件-MCP像增强器-开/关门时间特性的技术方案中，采用的则是脉宽数百皮秒的激光器，导致测量精度严重不足，并不适用现在曝光时间快至亚纳秒级别的超高速相机时间响应特性测量，且由于缺乏对激光输出能量的实时监测，也无法准确给出曝光过程中相机的响应曲线。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种超高速相机响应特性测定平台，该测定平台结构简单、成本低、测量结果更为全面准确。一种超高速相机时间响应特性测定平台，包括：超短脉冲激光器；超高速相机；高精度同步机，所述高精度同步机设有两个输出端，一个输出端与超短脉冲激光器相对，用于触发超短脉冲激光器、以使超短脉冲激光器输出单脉冲激光束，另一个输出端与超高速相机相对、以触发超高速相机；分束镜，所述分束镜与超短脉冲激光器的输出端相对，用于接收超短脉冲激光器输出的脉冲激光束、并将该脉冲激光束分为反射光束以及透射光束两部分；能量卡计，所述能量卡计设于分束镜的反射光束侧，用于接收并监测反射光束的激光能量；漫反射屏，所述漫反射屏位于分束镜的透射光束侧，且漫反射屏屏表面与透射光束呈45°夹角，以接收透射光并形成均匀散射光斑；所述超高速相机位于漫反射屏的反射方向、以对形成的散射光斑进行拍照；PC机，所述PC机与超短脉冲激光器、超高速相机、高精度同步机和能量卡计均相连。其中，所述高精度同步机为StanfordResearchSystems的DG645或更高精度型号同步机，可提供皮秒级的高精度多路同步触发与延时调节。作为一种优选方案，所述超短脉冲激光器采用可单次输出的飞秒或皮秒级激光器，其发出的脉冲激光束波长为500～900nm，脉宽数十飞秒～皮秒，光斑尺寸为mm～cm级，单脉冲能量为mJ级。具体的说，所述分束镜接收光束侧设有分光膜，分束镜出光束侧设有增透膜。更具体的说，所述分束镜的反射、透射比为9:1。分束镜可将大部分激光能量反射至能量卡计，可使能量监测结果更准确，同时降低激光能量过高导致超高速相机损坏的风险。进一步的，所述漫反射屏为玻璃漫反射屏。进一步的，所述漫反射屏上接收光束的一侧为磨砂面，而出光束的一侧为抛光面。更进一步的，所述漫反射屏的抛光面上镀有铝或银反射膜，所述漫反射屏的总厚度为0.9～1.1mm。其中，在本领域当中，超高速相机通常是指帧频超过108幅/s的相机，超短脉冲激光器是指脉冲宽度小于等于10ps的脉冲激光器，高精度同步机是指调节精度可达ps级的同步机。本专利技术还提供了使用上述平台来测定超高速相机响应特性的方法，该方法测定超高速相机时间相应特性具有测定精度高、测定操作简单、测定结果直观的有益效果。该测定方法是使用上述测定平台来测定超高速相机时间响应特性的，先启动高精度同步机，使其输出A、B两路触发信号；A路触发信号触发超短脉冲激光器，使超短脉冲激光器输出单个激光脉冲，分束镜将该激光脉冲分为反射光束和透射光束两部分，能量卡计探测到反射光束并记录下该发次的激光能量，透射光束则通过漫反射屏形成均匀的散射光斑；在透射光束到达漫反射屏的同时，B路触发信号触发超高速相机对散射光斑进行拍照，得到光斑图像(即具有强度响应的图像)并输出至PC机记录；在测量曝光时间时，根据所需要的精度，通过高精度同步机逐步调节超短脉冲激光器与超高速相机之间的触发延时，使得超高速相机记录到的光斑图像由开始响应到响应最强再到无响应，即可得到相机曝光过程中所有时刻的响应图像；这期间高精度同步机所调节的延时总量即为相机的曝光时间；而要得到相机曝光过程中的开/关门时间及响应曲线，处理方法如下：(1)取测量过程中任一次能量卡计得到的激光能量值为参考值，所有发次的能量值除以该参考值，得到一系列修正系数a1至an；(2)将所有发次得到的光斑图像进行强度积分，得到的积分值除以各自发次对应的修正系数，得到一系列修正后的强度值I1至In；(3)取强度值中的最大值Imax为参考值，所有强度值以Imax为参考进行归一化，得到相对响应系数σ1至σn；(4)以所有发次的触发延时量为横坐标，对应发次的相对响应系数为纵坐标画图，即可得到超高速相机在曝光过程中的响应曲线。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的测定平台结构简单、成本低，特别适用于超高速相机，包括ICCD相机、超高速分幅相机等的时间响应特性测定。并且，使用该测定平台可测得相机的总曝光时间和相机的开/关门时间以及曝光过程中的响应曲线，测量结果全面且准确。尤其是通过得到的响应曲线，不仅可得到相机从开始响应到响应最强所对应的开门时间、从响应开始降低到无响应的关门时间，还可以直观看到超高速相机在曝光过程中的响应趋势。可以为判断相机性能及实际工作状态，分析及处理实验结果提供重要依据。附图说明图1为本专利技术测定平台的结构示意图。图2为本专利技术实施例相机曝光过程中所有时刻的响应图像。图3为本专利技术实施例超高速相机在曝光过程中的响应曲线。其中，附图标记对应的名称为：1-高精度同步机，2-超高速相机，3-超短脉冲激光器，4-PC机，5-能量卡计，6-分束镜，7-漫反射屏。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。本实施例的提供了一种超高速相机时间响应测定平台，如图1所示，该测定平台包括StanfordResearchSystems的DG645或更高精度型号同步机1、超高速相机2、超短脉冲激光器3、PC机4、能量卡计5、分束镜6和漫反射屏7。其中，所述高精度同步机1设有两个输出端，一个输出端与超短脉冲激光器相对，用于触发超短脉冲激光器3、以使超短脉冲激光器3输出单脉冲激光束，另一个输出端与超高速相机2相对、以触发超高速相机2；所述分束镜6与超短脉冲激光器3的输出端相对，用于接收超短脉冲激光器输出的脉冲激光束、并将该脉冲激光束分为反射光束以及透射光束两部分；所述能量卡5计设于分束镜的反射光束侧，用于接收并监本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高速相机时间响应特性测定平台，其特征在于，包括：超短脉冲激光器；超高速相机；高精度同步机，所述高精度同步机设有两个输出端，一个输出端与超短脉冲激光器相对，用于触发超短脉冲激光器、以使超短脉冲激光器输出单脉冲激光束，另一个输出端与超高速相机相对、以触发超高速相机；分束镜，所述分束镜与超短脉冲激光器的输出端相对，用于接收超短脉冲激光器输出的脉冲激光束、并将该脉冲激光束分为反射光束以及透射光束两部分；能量卡计，所述能量卡计设于分束镜的反射光束侧，用于接收并监测反射光束的激光能量；漫反射屏，所述漫反射屏位于分束镜的透射光束侧，且漫反射屏屏表面与透射光束呈45°夹角，以接收透射光并形成均匀散射光斑；所述超高速相机位于漫反射屏的反射方向、以对形成的散射光斑进行拍照；PC机，所述PC机与超短脉冲激光器、超高速相机、高精度同步机和能量卡计均相连。

【技术特征摘要】
1.一种超高速相机时间响应特性测定平台，其特征在于，包括：超短脉冲激光器；超高速相机；高精度同步机，所述高精度同步机设有两个输出端，一个输出端与超短脉冲激光器相对，用于触发超短脉冲激光器、以使超短脉冲激光器输出单脉冲激光束，另一个输出端与超高速相机相对、以触发超高速相机；分束镜，所述分束镜与超短脉冲激光器的输出端相对，用于接收超短脉冲激光器输出的脉冲激光束、并将该脉冲激光束分为反射光束以及透射光束两部分；能量卡计，所述能量卡计设于分束镜的反射光束侧，用于接收并监测反射光束的激光能量；漫反射屏，所述漫反射屏位于分束镜的透射光束侧，且漫反射屏屏表面与透射光束呈45°夹角，以接收透射光并形成均匀散射光斑；所述超高速相机位于漫反射屏的反射方向、以对形成的散射光斑进行拍照；PC机，所述PC机与超短脉冲激光器、超高速相机、高精度同步机和能量卡计均相连。2.根据权利要求1所述的一种超高速相机时间响应特性测定平台，其特征在于，所述高精度同步机为DG645。3.根据权利要求2所述的一种超高速相机时间响应特性测定平台，其特征在于，所述超短脉冲激光器采用可单次输出的飞秒或皮秒级激光器，其发出的脉冲激光束波长为500～900nm，脉宽数十飞秒～皮秒，光斑尺寸为mm～cm级，单脉冲能量为mJ级。4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种超高速相机时间响应特性测定平台，其特征在于，所述分束镜接收光束侧设有分光膜，分束镜出光束侧设有增透膜。5.根据权利要求4所述的一种超高速相机时间响应特性测定平台，其特征在于，所述分束镜的反射、透射比为9:1。6.根据权利要求1或5所述的一种超高速相机时间响应特性测定平台，其特征在于，所述漫反射屏为玻璃漫反射屏。7.根据权利要求6所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱斌，滕建，吴玉迟，谷渝秋，税敏，范伟，董克攻，谭放，于明海，张天奎，闫永宏，李纲，卢峰，杨月，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51