变像管皮秒分幅和飞秒扫描相机的实验研究

本文将描述两种变像管皮秒分幅相机和一种飞秒扫描相机的设计特点、动态测试方法和实验结果。第一种变像管皮秒分幅相机采用了交叉点扫描多光栏分幅的方法,其变像管具有长加速电极和短阳极的静电弱聚焦系统与偏转灵敏度高、偏转像质好的偏转群体结构;其超快速控制电路只需一个光电开关斜坡电压脉冲发生器和一个特殊设计的脉冲成形网络即可送出具有合适时间关联的4对正负极性三角波和一对正负极性的单台阶液电压脉冲。实验表明,该相机在提供6幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为80ps,除 3～4幅图像间的时间间隔为680ps外,其余均为160ps,动态空间分辨率达到5.51p/mm。第二种变像管皮秒分幅相机采用快门式分幅方法;其变像管采用行波偏转系统,内增强MCP做成带状线结构,并具有输入输出阻抗变换器,其三台阶波和快门脉冲序列均由光电开关电路和脉冲成形网络产生。该相机在提供三幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为660ps,画幅之间的时间间隔均为4ns,动态空间分辨率为5.5lp/mm。飞秒扫描相机采用MCP内增强飞秒扫描变像管、具有负时间畸变的中继透镜和无触发晃动的光电开关扫描电路。实验证明,该相机在时间分辨率为500fs时,其动态范围为30;当时间分辨率为1.2ps时,其动态范围可达500;无扫描图像弯曲现象,触发晃动为±2ps.     

远程控制高时间分辨多通道脉冲发生器设计

基于FPGA为四分幅相机研制了高时间分辨的多通道脉冲发生器;该系统具有4个独立的输出信号,配合高压快门电路实现对分幅相机4个通道曝光时间和延迟的控制;采用FPGA内部计数方法实现各个通道输出脉冲的宽度和延时的精确调节,同时采用光纤通信的方式实现远程控制,并利用高速高压输出驱动接口提高了系统的输出能力;研制的同步脉冲发生器最小时间分辨可达4 ns、输出幅度可达7.5 V、传输距离大于10 km。     

序列快门脉冲发生器的同步电路

本文介绍了一种多路脉冲发生器,它能输出八路脉冲信号,用作序列快门脉冲发生器的同步控制。各相邻脉冲之间的时间间隔为4～10μs,每隔1μs-挡可调。整个系统用字数与逻辑电路构成。时钟脉冲是用晶体振荡器产生的,所以脉冲间隔既精确又稳定。     

近红外单光子探测器

该单光子探测器在实验中使用半导体制冷器制冷，雪崩二极管工作于盖革模式下，使用交流耦合方式提供门脉冲信号，通过延迟补偿和采样门控消除尖脉冲干扰，采用反馈门控减小后脉冲影响，优化电路参数减小暗计数.经实验测试与分析，温度在-62.5℃，门脉冲宽度为50ns，采样门控为10ns的条件下，最佳工作点的暗计数率小于4×10^-6ns^-1，量子效率约18%，噪声等效功率为2.4×10^-19W/Hz^1/2.     

高速摄影法测定爆炸快门的性能

爆炸快门是高速摄影机中的一种重要部件,它要在10^-6秒左右闸断光路以防止感光材料的重复曝光。快门的关闭速度与快门的通光口径和引爆雷管的个数及爆速有关。不同型式的高速摄影机要求不同速度和通光口径的爆炸快门。例如普通转镜分幅或扫描相机用的爆炸快门直径在40—50毫米时,通光孔切断时间约为10—15微秒,而转镜网格显微相机则要求通光孔径为5毫米,闸光时间越短越好,例如0.6微秒或更小。     

一种多通道纳秒分幅相机

相机采用棱镜分光,薄片管增强象,电选通分幅。由四个薄片管组成四个通道,每一个通道代表一个单幅相机,分幅时序由专门电控电路进行控制,接触相机记录图象,最短曝光时间3ns,动态空间分辩率5～81lp/mm,最高分幅速率2×10⁸幅/秒,动态范围50°,在爆炸、激光、放电,光谱学等方面有广泛的应用。     

多路高电压纳秒矩形波脉冲发生器的研制

为满足脉冲功率实验中对多路高电压纳秒矩形波激励的需求,研制了一台21路高电压纳秒矩形波发生器。此发生器由一个单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器和一个21路分路器组成。其中单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器可输出幅值约1.07kV、半高宽约10ns、上升沿约1.45ns的矩形波脉冲。利用21路分路器可将该矩形波脉冲分为21路矩形波脉冲,测得每路脉冲幅值可达51V,半高宽约为10ns,上升沿约为2.25ns。     

强脉冲超硬Ｘ射线产生技术研究

 分析了利用强流脉冲电子束轫致辐射产生强脉冲超硬X射线的几种主要技术途径的特点，以及提高超硬X射线产额的方法；利用MCNP软件计算了电子能量在0.4～1.4 MeV范围内，超硬X射线产生效率与钽辐射转换靶厚度的关系曲线；介绍了在“强光一号”加速器上开展产生强脉冲超硬X射线实验方法与实验结果，获得了3种强脉冲超硬X射线：脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约50 cm²，能量密度为5～7 J/cm²；脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约50 cm²，能量密度为12 J/cm²；脉冲宽度约35 ns，输出窗面积约500 cm²，能量密度为1 J/cm²。     

新型超快速三角波脉冲电路的研究

本文讨论了一种新型三角波脉冲发生器,此脉冲发生器是由雪崩晶体管作为开关器件,产生出的三角波脉冲半宽度为3.5ns,上升时间最快达2ns,幅值为±1300V,电路的延迟时间为8.3us。     

短脉冲高剂量率γ射线源技术研究

 介绍了“强光一号”加速器产生宽度约20 ns的高剂量率脉冲γ射线的工作过程;分析了短脉冲γ射线源二极管的管绝缘体和真空磁绝缘传输线的结构与绝缘性能;说明了等离子体断路开关的工作特性;阐述了二极管工作阻抗和阴阳极的设计原则与设计参数。给出了不同短脉冲γ射线源的实验结果,得到了3种辐射参数：脉冲宽度约20 ns,辐射面积为2,30和100 cm²时,相应的辐射剂量率为10¹¹,0.7×10¹¹和10¹⁰ Gy/s。     

结构紧凑陶瓷电容器型脉冲调制器

设计了一种结构紧凑的陶瓷电容器型脉冲调制器,对其电路进行了理论计算,分析了主要参数对调制器输出波形的影响,并用PSpice软件建立电路模型进行验证,模拟结果与理论计算结果相符较好。该调制器能够产生上升前沿小于10 ns、脉宽30~40 ns、幅度为100~200 kV的可调高电压脉冲。该调制器用陶瓷电容器作为储能器件,用SF6作为绝缘介质,是一种无液体的脉冲调制器,具有结构紧凑、体积小、重量轻等特点。     

高压超快三角波脉冲的产生

本文讨论了使用高压功率晶体管作为开关器件研制的高压超快速斜坡脉冲发生器.得到的脉冲幅值为±1kV,上升时间为10ns,大大提高了脉冲电路的耐大电流冲击性.利用开关器件可耐大电流冲击的特点合成了三角波脉冲,三角波脉冲半宽为10ns左右,通过改变电路参量可得到不同的半宽.     

X-ray source for irradiation of large-area objects

The results of experiments with a three-ring large-area diode that were conducted on an MIG pulse generator are reported. The MIG generator makes it possible to produce in a matched load electrical pulses up to 2 TW in power with an FWHM of 50–60 ns (1.2–1.4 TW and 80–90 ns in our experiments). In the operating mode of the generator, the current amplitude through the load is 2 MA (the current of a relativistic electron beam) at a diode voltage of ≈ 500 kV. As a load, a large-area vacuum diode with three ring-shaped cathodes is used. It is shown that about 20% of the energy stored in the capacitor bank can be converted to the energy of a relativistic electron beam by matching the output resistance of the MIG generator to the load resistance. When the beam slows down on a condensed foil target, the parameters of the resulting source are the following: the mean energy of X-ray quanta is ≈ 70 keV; irradiated area, 500 cm²; pulse FWHM, 65 ns; energy flux in the spectrum, 2 J/cm²; and percentage of X-ray radiation (10–100 keV) in the flux, ≈ 50%.     

用压电聚合物构成的单极性声脉冲发生器

本文介绍了用阶跃电压的快速下降沿作用在PVDF压电膜上而产生的单极性声脉冲。实验结果表明，声脉冲的波形和脉冲宽度取决于PVDF压电膜的厚度，阶跃电压的下降沿宽度，以及背衬材料和声传播媒质的形状等多个因素。该声脉冲发生器所产生的压力波脉冲的宽度约为50ns，不仅适用于固体中空间电荷的测量，也可以用于其他方面的应用，例如超声医学诊断，对材料的非破坏性的检测等。文章以该声脉冲发生器在压电压力波中的应用为例进行论述，并且所有测量结果都是通过压电压力波测试系统获得的。     

紧凑型长脉冲功率模块研制

设计了基于Blumlein脉冲成形网络(PFN)的紧凑型长脉冲功率模块。该模块将两路阻抗各为20Ω的Blumlein脉冲形成网络对称连接于LTD的初级绕组上,并采用同一个气体开关驱动,以保证两路PFN工作同步。PFN采用直角弯折"L"型结构,这种结构既保证了PFN与开关连接紧凑,又将模块横向尺寸缩减至最短,且对输出脉冲波形影响不大。实验结果表明,研制的长脉冲功率模块在10Ω负载上输出脉冲幅值约为135kV,半高宽约为180ns,前沿约为50ns,平顶约为100ns,重复脉冲频率可达到25Hz。     

1MV小型重复频率Marx发生器研制

设计了MV级小型重复频率Marx发生器,简化了发生器充放电回路,减小了能量损失;分析了隔离电感变化时对发生器输出脉冲电压波形的影响,减小了隔离电感体积,提高了隔离有效性;优化了开关腔体结构,实现了间距连续可调,且受外围结构的变化或振动影响,13个开关间隙置于同一垂线上,火花放电时产生的紫外线或射线相互照射,加速了开关导通,减小了Marx发生器输出电压抖动。塑壳电容降压使用,提高了发生器的可靠性;通过Pspice模拟和三维静电场分析,实现了发生器小型化,整个Marx发生器放置在一个密封纯净SF6气体的金属圆筒内,体积小于0.25m3。优化设计和实验研究,发生器在高阻负载上输出峰值1.02MV、前沿约30ns的高压脉冲,发生器储能290J,电压幅度抖动约10%,前沿抖动小于10ns,可实现重复频率20Hz稳定运行。     

一种用于多狭缝条纹相机的快门脉冲产生器

研制了一种用于多狭缝条纹相机的条纹变像管快门脉冲产生器.以绝缘栅场效应管作为开关,采用截波法实现,克服了以雪崩晶体管为开关的储能电缆放电方法的缺点,具有体积小,脉宽连续可调,电源利用率高等优点.在10 pF负载下,获得矩形负脉冲,脉冲下降沿16 ns,上升沿20 ns,触发延时26 ns,脉冲输出幅度800 V,半高全宽最小100 ns.     

快脉冲高电压大电流测量探头标定方法

基于脉冲形成原理提出了一种快脉冲高电压大电流测量探头的在线标定方法。利用闪光二号加速器输出线和二极管作为脉冲形成线,结合研制的低电感开关和负载,产生一个前沿小于3 ns、脉宽20 ns的准方波,对二极管电压测量探头微分型电容分压器和电流测量探头微分环进行了在线标定,得到测量探头在实际使用环境中的时间响应小于4 ns。该方法消除了非在线标定环境和实际环境无法统一对标定结果的影响,可推广应用于传输线型脉冲功率装置的探头标定。     

600 kV波形可调快前沿脉冲源的研制

 介绍了一种波形可调的高电压快前沿脉冲源。该脉冲源由Marx发生器、脉冲成型组件、主开关、匹配负载、分流电阻、串联电感等部件构成。各部件自成一体,呈模块化分布。以Marx发生器作为初级储能,通过调节发生器输出端分流电阻、串联电感及脉冲成型组件等模块,可以输出包括双指数波和方波在内的5种脉冲波形。输出脉冲幅值在200~600 kV范围内可调,最小脉冲前沿可达2 ns。     

高功率激光装置中超快电脉冲发生器的研究

报导了一种基于雪崩晶体管和阶跃恢复二极管的超快前沿、低触发晃动方波电脉冲产生技术.利用雪崩晶体管的电触发雪崩导通特性得到脉冲主体,再用阶跃恢复二极管的超快阶跃恢复特性对脉冲前沿整形,从而得到输出脉冲幅度23 V、输出阻抗50Ω、脉冲前沿小于160 ps的方波脉冲,脉冲触发晃动小于4.5 ps(rms),脉冲宽度5 ns,幅度稳定性优于3%,顶部不平坦度优于5%.该脉冲发生器在“神光Ⅲ”高功率激光原型装置前端系统中获得成功应用.