科学级光学CCD暗电流及机械快门时间响应特性测试

暗电流在科学级电荷耦合器件(CCD)长时间曝光测试实验中是主要的噪声之一。实验测试了暗电流信号平均计数随曝光时间的变化关系,并经过计算得出-10℃和-20℃下暗电流分别为2.43ADU/(s.pixel)和0.4854ADU/(s.pixel),同时测试了暗电流随CCD制冷温度的变化特性,结果显示暗电流随温度类似指数函数形式变化。由于CCD机械快门的时间响应特性对科学级光学CCD的短时曝光计数的影响比较大,实验测试了CCD平均计数和曝光时间的关系,得出实验所用的TEK 512pixel×512pixel DB CCD的机械快门在18ms时能够完全打开。     

大孔径静态干涉成像光谱仪曝光时间控制技术

为了克服不带电子快门的CCD成像探测器曝光时间无法控制的问题,提出了改变驱动时序的设计方法.在帧频确定的情况下,通过在水平读出之后增加电荷释放状态,将一帧之内多余时间段的电荷迅速排放掉,可以有效地控制CCD曝光时间,并克服CCD最小曝光时间为水平读出时间的问题.实验结果表明,大孔径静态成像光谱仪系统的抗饱和性能得到了很好的改善且此方法的非线性度为4.61%.     

X射线CCD标定及模拟

 在北京同步辐射光源4B7B实验站上,采用透射光栅配X射线电荷耦合元件(CCD)的方法对单色光进行了检验,在优化高次谐波抑制方法后,开展了X射线CCD的灵敏度标定实验研究;在标定数据处理过程中,提出了等效曝光时间的概念,修正了快门开合造成的曝光时间误差。标定实验获得了100~1 500 eV能区CCD的灵敏度,补充了300~600 eV能区CCD灵敏度标定数据,验证了简化模型的正确性。     

用于激光聚变的科学级光学CCD读出噪声标定

在惯性约束聚变和超强超短激光等离子体相互作用中,科学级光学CCD作为诊断设备的重要记录器件,发挥着至关重要的作用.通过研究给出了可见光CCD读出噪声的标定原理和标定方案,并首次在国内取得了惯性约束聚变(ICF)实验中常用的可见光CCD读出噪声,为物理实验数据的修正和不确定度分析提供了依据.     

CCD采集系统线性斜率及非线性研究

 为给物理实验数据提供切实可行的修正参数,利用测量的CCD像素强度值与像素平均值的最大偏离度表征法,全面系统地对ICF研究领域中的科学级光学CCD在ADC处于不同参数设置下的线性斜率和非线性规律进行了探索研究。实验结果表明:该台CCD在小尺度计数范围下（低于饱和计数15%）线性度优于1%,同时通过线性斜率的数据分析发现,CCD在ADC处于slow和fast两种类型下,线性斜率近乎相同,分别为0.27和0.01。这充分证明了CCD系统增益在ADC处于同一类型下它不随读出速率发生变化的特性,同时通过标定提供了该台CCD在用于大尺度计数时物理实验数据可参考的校正曲线。     

CCD光谱辐射计的非线性特性建模与校正

采用自主研制的CCD光谱辐射计,对CCD探测器的积分时间和光强灰阶2个关键参数的非线性参数依赖特性进行实验与建模,给出CCD的微分非线性量化表征函数,并以此为基础实现CCD在多级尺度下自动积分时间调整测量的非线性修正.以激光作为输入光源进行双参数调节响应特性测试,并对CCD光电转换非线性特性进行分析.根据数据集曲线族的结构特征重构数据表征空间,在新的表征坐标下进行CCD的参数依赖非线性变化关系的拟合建模.结果表明,在多级尺度范围内,该模型能够通过2个参量描述CCD光谱辐射计产生的非线性偏差变化的精确函数关系,即实现了相关双参数在CCD光电转换过程中产生非线性偏差现象的精准量化表征.采用该模型进行非线性校正后与监测功率计进行比较,发现该模型能够有效地将非线性偏差降低至±2%以内.     

PtSi512×512CCD用IDCA组件的研制

描述了PtS i512×512CCD红外探测器用集成式杜瓦和斯特林制冷机组件的集成,包括斯特林制冷机的选择、集成杜瓦的设计、芯片封装和组件的试验结果与分析,组件可靠性设计和考核,并给出了PtS i512×512CCD用ID-CA组件的性能参数。     

CCD长时间积分边角亮光的实验研究

通过实验定量研究了ICX412 CCD芯片在不同积分时间下的边角亮光的强度特征,并通过对CCD表面的拍摄,发现边角亮光的出现是由于CCD感光区域周边的两个辐射光源产生的近红外辐射.分析了黑场矫正方法对图像均方差(STD)影响,并研究了在积分过程中通过降低发光区域电路供电电压,再采用黑场矫正等手段消除了边角亮光对CCD长时间积分背景强度及STD的影响.     

CCD系统线性动态范围的标定

 提出了一种标定CCD图像采集系统动态范围的实用方法。利用尖劈形成一列光强逐级衰减的标定光源,结合插值法给出CAS-512A CCD系统的线性动态范围。可用于强激光领域中CAS-512A CCD图像采集系统的实用线性动态范围的标定。     

全帧型CCD数码相机曝光时间的精确控制

提出一种全帧型CCD数码相机曝光控制方案.在测量机械快门机械延时的基础上,控制CCD触发脉冲TRG和机械快门的控制时序,使得带电子快门的CCD相机,在机械快门的配合下,CCD的感光区都能按各种设计要求的曝光时间精确曝光,从而有效的提高了照片的分辨率.该方法设计简单,不需要额外的硬件电路,可以广泛应用于带机械快门的CCD数码相机曝光时间的精确控制中.     

单CCD彩色相机激光干扰模型及外场干扰实验

开展了多波段激光(750~970 nm)对彩色CCD成像系统的外场干扰实验,测得了不同辐照条件下对外场1.3 km处彩色CCD成像系统的干扰效果;建立了彩色CCD相机的激光干扰模型,对实验结果进行了理论验证与分析。理论与实验结果表明:强激光对彩色CCD成像系统的干扰效果明显,CCD靶面出现了明显的光饱和和串扰现象,光饱和区域的形成是由激光束进入光学系统后发生衍射效应造成的;到靶激光功率密度越强,CCD靶面光饱和面积越大,激光干扰效果越好;单波段750 nm激光作用下,到靶功率密度为4.2 kW/cm²,CCD靶面的光饱和面积为0.88 mm×0.97 mm;多波段激光(750~970 nm)作用下,到靶功率密度为20.7 kW/cm²,CCD靶面发生全靶面饱和现象;仿真结果与实验结果基本一致,证明了理论模型的正确性。对远场干扰能力计算结果表明:随着干扰距离的增加,到靶功率密度减小,激光干扰效果变差。     

线阵CCD全饱和单侧拖尾特性分析

在用532nm连续激光辐照TCD-1200D型线阵CCD的过程中,发现了光斑的全饱和单侧拖尾现象。为了分析这种现象的特性,实验测量了拖尾长度随激光功率、CCD积分时间和CCD驱动频率的关系,发现拖尾长度随着激光功率和积分时间的增加而增加,但在一定范围内与CCD驱动频率无关。通过理论计算和实验数据分析拟合发现,拖尾长度和激光功率密度和积分时间的乘积有关,并根据激光辐照下CCD器件光生电荷量的产生过程,推导出了拖尾长度与CCD势阱光生电荷量的关系,得到了拖尾长度随光生电荷量的变化曲线,为全饱和单侧拖尾现象机理分析提供了数据支持。     

Thermal noise as a spectroscopic tool to determine transport properties

The utilization of thermal fluctuations or Johnson/Nyquist noise as a spectroscopic method to determine transport properties in conductors or semiconductors is developed. The autocorrelation function is obtained from power spectral density measurements thus enabling electronic transport property calculation through the Green–Kubo formalism. This experimental approach is distinct from traditional numerical methods such as molecular dynamics simulations, which have been used to extract the autocorrelation function and directly related physics only. This work reports multi-transport property measurements consisting of the electronic relaxation time, resistivity, mobility, diffusion coefficient, electronic contribution to thermal conductivity and Lorenz number from experimental data. Double validation of the experiment was accomplished through the use of a standard reference material and a standard measurement method, i.e. four-probe collinear resistivity technique. Thermal noise measurements resulted in a 1.1 and 5% agreement with the reference material and four-probe values, respectively. Additional measurements were also taken on nanoscale Au and Cu thin films. Specifically, the validated spectroscopic methodology was applied to 30 nm Au and Cu thin films to obtain transport property data that was again compared to four-probe resistivity measurements. Comparative analysis of the resistivity data showed agreement within 13.6 and 4.8% for the Au and Cu samples, respectively, thus lending further credibility to the experimental method and theory.     

High-resolution spectroscopic imaging of the Sun with a universal birefringent filter and a Fabry-Perot Interferometer

Summary We describe an optical device consisting of a Universal Birefringent Filter and a Fabry-Perot interferometer used in tandem to obtain monochromatic images of the Sun in the visible spectrum (between 4200 and 7000 ?). The spectral resolving power is about 300000 and the wavelength stability might reach 0.02 m? at 5000 ? (≈1.2 m/s) with an integration time of 1 s. The image is recorded by a CCD camera based on a Thomson THX31159 device with 512×512 square pixels 19 μm in size. A prototype of this instrument was tested at the G. B. Donati Solar Tower of the Arcetri Astrophysical Observatory by obtaining, at fixed time intervals, several series of full disk monochromatic images of the Sun at different wavelengths inside the Fe I 5905.7 ? photospheric line. In this paper we describe the instrument and its characteristics and we give an cccount of the preliminary results obtained by measuring the global velocity field on the solar photosphere. These results show that the instrument is well suited for global oscillation measurements. Paper presented at the V Cosmic Physics National Conference, S. Miniato, November 27–30, 1990.     

超短超强激光脉冲作用下的Mo等离子体X射线辐射(英文)

在SILEX-1激光器上,利用光子计数型CCD测量了超短超强激光束与高纯度Mo相互作用而产生的发射谱。实验发现, 在超短超强激光脉冲作用下, Mo等离子体辐射Kα X射线, 这一过程伴随很强的热辐射和轫致辐射。Mo等离子体Kα X射线辐射强度、 热辐射和轫致辐射随激光功率密度增加而增强。Using a Single photon counting CCD, X ray emission spectra of high purity Mo irradiated by ultra short and ultra intense laser pulse was firstly detected. The experiment was carried out with the SILEX 1 laser facility. The experimental results show that, for Mo target, characteristic K shell emission (Kα) is observed in the 0.23—2.32 J energy range in addition to a broadband bremsstrahlung background, and the X ray radiation intensity, thermal radiation and bremsstrahlung increase with enhancementofthe laser power density.     

D. CCD视频技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影

本文对CCD摄象技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影的国内外最新发展作了评述,并涉及到在高技术领域的应用。     

Precise perimeter measurement for 3D object with a binocular stereo vision measurement system

A novel measurement scheme for a three dimensional (3D) object's surface boundary perimeter is proposed. This scheme consists of three steps. First, a binocular stereo vision measurement system with two CCD cameras is devised to obtain the two images of a detected object's 3D surface boundary. Second, two B-spline active contours are applied to converge to the object's contour edges accurately in the two CCD images to perform the stereo matching. Finally, for the reconstructed 3D active contour, its true contour length is computed as the detected object's true boundary perimeter. An experiment on a bent surface's perimeter measurement indicates that this scheme's measurement repetition error decreases to 0.6%.     

直升机旋翼挥舞、摆振的激光动态测试系统

提出一种直升机旋翼挥舞、摆振角的动态测试系统。在直升机桨毂安装与旋翼同步旋转的三叉件 ,每个三叉件悬臂上装有光学三角位移传感器和线阵 CCD位移传感器 ,实现了动态测量直升机旋翼桨叶的挥舞和摆振角。为保证系统在恶劣条件下正常工作 ,系统采用了加装干涉滤光片、L D调制技术和自动增益控制电路等一系列技术措施。最后给出了实验结果。由位移 -角度转换和传感器自身的非线性引起的误差用若干静态标定点为节点插值的方法修正。得到较高精度的测试曲线