具有电子脉冲准直功能的扫描相机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机，其核心元器件条纹管，包括物镜，采样狭缝，光电阴极，准直加速电极，电子聚焦透镜，阳极，行波偏转器，荧光屏。所述准直加速电极中心包含线性排列的微孔阵列结构，在电子脉冲经过时能够使其准直，在皮秒级及亚皮秒级超快现象研究领域，相较最接近技术的条纹管扫描相机更能有效地提高相机的时间分辨和空间分辨能力。

Scanning Camera with Electronic Pulse Collimation Function

【技术实现步骤摘要】
具有电子脉冲准直功能的扫描相机
本技术涉及皮秒级及亚皮秒级超快现象研究领域，具体而言，涉及一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机。
技术介绍
在皮秒级及亚皮秒级超快现象研究领域，基于条纹管的扫描相机诊断技术是不可替代的超快信息获取技术。条纹管扫描相机是具备超高时间分辨、高空间分辨和宽光谱响应的高端科学测量与诊断仪器，在材料科学、等离子体物理、基础前沿科学研究和精密加工与制造等领域具有非常广泛的用途，尤其在惯性约束聚变(ICF)、核爆模拟、先进常规武器设计与研制等国家战略技术研究中不可或缺的甚至是唯一的重要诊断技术手段。随着ICF研究的深入发展，更高时间分辨、更大动态范围的条纹管扫描相机的重要性就显得越来越突出。目前条纹管扫描相机的时间分辨已经实现皮秒量级向飞秒量级的突破，但是在飞秒量级条纹管扫描相机的动态范围的研究方面一直无法实现突破，满足不了ICF实验的实际应用需求。扩大飞秒条纹管扫描相机的动态范围成为一道急需解决的难题。条纹管是扫描相机的核心器件，扫描相机性能参数的极限(例如时间分辨、空间分辨、动态范围等参数)都是由条纹管决定。现有的扫描相机技术一般采用静电聚焦型条纹管，也有少部分采用磁聚焦型条纹管，其结构包括光电阴极、加速电极、聚焦系统(静电聚集透镜或磁聚焦透镜)、扫描偏转系统和荧光屏，其结构见图1。其工作原理是：所测的目标光源发出的光由狭缝取出一维空间信息，然后通过物镜将瞬态光源成像在扫描变像管的光电阴极上。光电阴极上的狭缝部分在光脉冲辐射下发射出光电子，由于光电阴极具有较快的时间响应特性和良好的光电发射线性特性，光脉冲将无失真地被转换成电子脉冲，即光电子的瞬态发射密度正比于该时刻的光脉冲强度，所产生的光电子脉冲的持续时间就是入射光脉冲的持续时间。因此，只要测量出电子脉冲的时空结构，就可以得到入射光脉冲的时空结构。光电阴极产生的光电子经过加速电极加速后进入聚焦系统，然后经扫描偏转系统扫描偏转，分离出电子脉冲所包含的时间信息，分离出时间信息的电子脉冲轰击荧光屏产生按时间顺序排列的包含空间信息的光学图像，可以被记录系统读取和记录。上述现有技术中的加速电极一般采用栅网电极，它具有网状结构，是一种由直径为微米量级的细金属丝横竖排列焊接而成，网格越密，丝径越细。栅网作为加速电极，与阴极共同作用产生一个近似平面电场，光电阴极产生的电子在平面场的作用下迅速获得能量到达高能态，这就减少了电子束团空间电荷相互作用的时间，从而抑制时间弥散和空间扩展，提高了条纹管的时间分辨和空间分辨。由于栅网是一种由金属丝组成的非平面结构网格，其表面所形成的电场为非平面电场，这种电场对电子束具有一定的散焦作用，会改变电子原有的运动方向和趋势，增大电子束的发散角度，扩大大角度电子和杂散电子在电子束中所占比重，从而影响电子束的时空特性，进而影响条纹管的时间分辨和空间分辨。其缺点之二为，栅网的金属丝直径在微米量级，因此栅网很薄，在制作电极时容易产生褶皱；其自持力较小，易破损；在加载较高电压时，容易变形并产生高压放电。其缺点之三为，栅网的网格状的栅网对附近电场具有微扰作用；虽然只要栅网的线足够细和足够密，就可以忽略它对电场的影响，但是过密的栅网对电子的吸收比较严重，电子的透过率低，例如线径为20μm、线密度为10线/mm的栅网对电子的吸收率为20％，线径为12.5μm、线密度为40线/mm的栅网对电子的吸收率为62％。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术提供了一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机，通过其准直加速电极结构设计，达到提高条纹管时间分辨和空间分辨能力的效果。为了实现上述目的，本技术采用如下的技术方案：与原有技术相比，栅网结构加速电极被置换成了准直加速电极，准直加速电极与阴极形成平面加速电场，并自带电子脉冲准直功能。阴极发射出的电子脉冲经加速电场加速后通过准直器再准直，角度大的电子被所述准直器吸收，然后电子脉冲经电子聚焦透镜聚焦，通过行波偏转器扫描偏转后，分离出电子脉冲所包含的时间信息，分离出时间信息的电子脉冲轰击荧光屏产生按时间顺序排列的包含空间信息的光学图像，可以被记录系统读取和记录。准直器为厚度为0.1-0.5毫米的薄片金属板，中心包含线性排列的微孔阵列结构，微孔直径为5-20微米，微孔间隔为2-10微米，微孔排列方式可以为直排式，也可以为60°梅花错排式。准直器表面和微管的内壁经过导电处理，使得准直器表面及微管内壁表面为等势体，在电子通过微管时其方向得到准直。本技术通过在条纹管中引入准直加速电极替换现有的栅网结构加速电极，相比现有技术的优点至少有以下三点：其一，微孔作为准直结构的单元，其直径比栅网孔径小得多，对平面加速电场的扰动较小，降低了加速电极表面电场对电子脉冲自身时空结构的破坏；其二，微孔的深度比栅网厚度大得多，可以对大角度电子和杂散电子进行吸收，并对电子束进行准直，减少电子束的弥散，提高电子束的时空特性；其三，准直器为厚度为0.1-0.5毫米的薄片，其自持强度远远大于栅网，有助于加载更高高压，提高阴极表面电场强度，从而进一步提升条纹管的时空特性，使得条纹管具备更高的时间分辨和空间分辨能力。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对本技术范围的限定。图1是一种现有的条纹相机工作原理图；图2是本技术实施例提供的一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机的条纹管及其简化工作原理图；图3是本技术实施例提供的一种微孔阵列结构平面示意图；图4是本技术实施例提供的一种大面积微孔阵列准直器结构三维示意图；图5是本技术实施例提供的一种条纹相机工作结构简图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例图2是本技术实施例提供的一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机的条纹管及其简化工作原理图。所述条纹管包括：开设于所述光电阴极的阴极板上，用于将所测物体的一维空间信息提取出来的采样狭缝。本技术实施例中，所述采样狭缝即一条宽度可调、狭窄细长的缝孔，狭缝种类有固定狭缝、单边可调的非对称狭缝和双边可调的对称狭缝。狭缝的宽度一般在μm-mm的量级，最大宽度为几个mm，决定了出射光束的强度，当出射光强度根据需要进行调节时，一般使用可调狭缝。可调狭缝除了应满足固体狭缝的一些要求，如刃口形状与谱线吻合，刃面光洁、无划痕、无缺口、无毛刺、无锈迹、无油烟，并设置相应的保护装置外，还要具有以下性能：1.开启性；在开启范围内应该能平稳的来回调节，并可在任意位置上自锁；2.具有一定示值精度和现性；3.两刃口严格平行；4.开启过程中谱线中心不变。所述采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机，其特征在于，包括：光电阴极、准直加速电极、电子聚焦透镜、阳极、行波偏转器、荧光屏和记录系统,所述光电阴极包括阴极板与能将入射光辐射转化为电子的光电发射材料，所述阴极板采用对入射光具有阻挡或吸收的导电材料，入射端面开设有采样狭缝，所述采样狭缝为直线形缝隙，其出射端面涂覆有用于在光辐射下产生光电子脉冲的光电发射材料；所述准直加速电极设置在所述光电阴极的出射光路上，用于对光电子脉冲进行加速与准直；所述电子聚焦透镜聚焦设置在所述准直加速电极的出射光路上，用于对光电子脉冲进行聚焦；所述阳极设置在所述电子聚焦透镜的出射光路上，用于与光电阴极间形成高压电场，在高压电场的驱动下加速光电子脉冲；所述行波偏转器设置在所述阳极的出射光路上，用于对光电子进行扫描偏转，分离出光电子脉冲所包含的时间信息；所述荧光屏设置在所述行波偏转器的出射光路上，用于在分离出时间信息的电子脉冲的轰击下产生按时间顺序排列的包含空间信息的光学图像；所述记录系统与所述荧光屏电性连接，用于对所述光学图像包含的时间信息和空间信息进行读取和记录。

【技术特征摘要】
1.一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机，其特征在于，包括：光电阴极、准直加速电极、电子聚焦透镜、阳极、行波偏转器、荧光屏和记录系统,所述光电阴极包括阴极板与能将入射光辐射转化为电子的光电发射材料，所述阴极板采用对入射光具有阻挡或吸收的导电材料，入射端面开设有采样狭缝，所述采样狭缝为直线形缝隙，其出射端面涂覆有用于在光辐射下产生光电子脉冲的光电发射材料；所述准直加速电极设置在所述光电阴极的出射光路上，用于对光电子脉冲进行加速与准直；所述电子聚焦透镜聚焦设置在所述准直加速电极的出射光路上，用于对光电子脉冲进行聚焦；所述阳极设置在所述电子聚焦透镜的出射光路上，用于与光电阴极间形成高压电场，在高压电场的驱动下加速光电子脉冲；所述行波偏转器设置在所述阳极的出射光路上，用于对光电子进行扫描偏转，分离出光电子脉冲所包含的时间信息；所述荧光屏设置在所述行波偏转器的出射光路上，用于在分离出时间信息的电子脉冲的轰击下产生按时间顺序排列的包含空间信息的光学图像；所述记录系统与所述荧光屏电性连接，用于对所述光学图像包含的时间信息和空间信息进行读取和记录。2.根据权利要求1所述的扫描相机，其特征在于，还包括与所述阴极板平行的直线形缝隙——采样狭缝，用于提取光信号的一维空间信息。3.根据权利要求1所述的扫描相机，其特征在于，还包括位于光电阴极入射光路的物镜，所述物镜用于将目标物的空间、时间信息成像在所述采样狭缝后的光电发射材料上。4.根据权利要求1所述的扫描相机，其特征在于，所述准直加速电极具有微孔阵列结构，所述微孔阵列结构为多个中空的毛细微管二维排列而成的片状结构，微孔直径为5-20微...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗方轲，杨勤劳，张敬金，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东,44