搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于电子轰击式CCD的大动态条纹相机研究

朱敏 田进寿 温文龙 王俊锋 曹希斌 卢裕 徐向晏 赛小锋 刘虎林 王兴 李伟华

引用本文:
Citation:

基于电子轰击式CCD的大动态条纹相机研究

朱敏, 田进寿, 温文龙, 王俊锋, 曹希斌, 卢裕, 徐向晏, 赛小锋, 刘虎林, 王兴, 李伟华

Research on large dynamic range streak camera based on electron-bombarded CCD

Zhu Min, Tian Jin-Shou, Wen Wen-Long, Wang Jun-Feng, Cao Xi-Bin, Lu Yu, Xu Xiang-Yan, Sai Xiao-Feng, Liu Hu-Lin, Wang Xing, Li Wei-Hua
PDF
导出引用
  • 为了实现对更弱、以及物理量跨度更大的信号探测, 满足材料、生物、信息、半导体物理以及能源等重大科学领域对诊断精密化的进一步需求, 需要提高条纹相机的动态范围、空间分辨率和信噪比. 为此, 本文研制了基于电子轰击式CCD(EBCCD)的大动态条纹相机, 条纹变像管采用时间和空间方向分别聚焦的矩形框电极和电四极透镜结构, 可降低空间电荷效应. 并提高电子加速电压, 减小电子渡越时间以降低空间电荷相互作用时间. 采用基于电子轰击读出技术的背照式CCD(BCCD)作为读出器件, 取代传统的像增强CCD(ICCD)以缩短图像转换链, 较大地降低了超快诊断设备转换过程中的图像衰减, 从而提高条纹相机图像的信噪比、空间分辨率和动态范围. 实验得到静态空间分辨率高于35 lp/mm, 动态空间分辨率达到20 lp/mm, 偏转灵敏度为60.76 mm/kV, 动态范围达到2094:1, 扫描速度非线性为5.04%, 条纹相机的电子轰击半导体(EBS)增益达到3000以上.
    In order to detect the weaker on greater span of light signals, the dynamic range, spatial resolution, and the signal to noise ratio of the streak camera need to be improved to meet further diagnostic requireflents in scientific area of materials, biology, information, semiconductor physics and energy, etc. Therefore, we design a streak camera with a larger dynamic range based on electron-bombarded CCD. Using the rectangle-framed electrode and electric quadruple lens in the streak camera can reduce its space charge effect and shorten the space charge interaction time by improving electron accelerating voltage to minimize the electron transit time. Using a back-illuminated CCD, which is based on the electron bombardment readout technology as image device to replace the traditional intensified CCD can shorten the chain of image conversion and greatly reduce the image degradation in the conversion of ultrafast diagnostic equipment. The signal to noise ratio, spatial resolution and dynamic range of the streak camera may gain improvement. Experimental results show that the static spatial resolution is better than 35 lp/mm and the dynamic spatial resolution is up to 20 lp/mm. Deflection sensitivity is 60.76 mm/kV and dynamic range reaches 2094: 1. Nonlinear scanning speed is 5.04%. EBS gain of the streak camera can be over 3000.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11274377)和国家财政部重大科研仪器研制项目-高性能条纹相机的研制(批准号: ZDY2011-2)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11274377), and the Program for Major Research Instrument Development of Ministry of Finance of China-Development of High Performance Streak Cameras (Grant No. ZDY2011-2).
    [1]

    Ivo H M van Stokkum, Bart van Oort, Frank van Mourik, Bas Gobets, Herbert van Amerongen 2008 Biophysical Techniques in Photosynthesis 26 223

    [2]

    Lu Y Q, Liang W X, Zhang J, Wu J J, Tian J S, Wang J F, Zhao B S 2006 Acta Phys. Sin. 55 6500 (in Chinese) [刘运全, 梁文锡, 张杰, 吴建军, 田进寿, 王俊峰, 赵宝升 2006 55 6500]

    [3]

    Li J, Niu H B 2002 Journal of Optoelectronics·Laser 13 784 (in Chinese) [李冀, 牛憨笨 2002 光电子·激光 13 784]

    [4]

    Pan J S, Qi L, Xiao H L, Zhang R, Zhou J X, Pu D D, L J W 2012 Acta Phys. Sin. 61 194211 (in Chinese) [潘京生, 亓鲁, 肖洪亮, 张蓉, 周建勋, 蒲冬冬, 吕景文 2012 61 194211]

    [5]

    Zou Z F, Lu H S, Bai T Z, Gao Z Y 2001 Journal of Beijing Institute of Technology 10 186

    [6]

    Feng J, Engelhorn K, Cho B I, Lee H J, Greaves M, Weber C P, Falcone R W, Padmore H A, Heimann P A. 2010 Appl. Phys. Lett. 96 134102

    [7]

    Yuan Y T, Hao Y D, Zhao Z Q, Hou L F, Miao W Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 6963 (in Chinese) [袁永腾, 郝轶聃, 赵宗清, 侯立飞, 缪文勇 2010 59 6963]

    [8]

    Niu H B 1989 Acta Photon. Sin. 18 196 (in Chinese) [牛憨笨 1989 光子学报 18 196]

    [9]

    Liu J, Ding Y K, Tian J S, Liu S Y, Cao X B, Wen W L, Hu X, Xu X Y, Wang J F, Dong G Y, Liu H L, Wang C, Zhang T 2012 High Power Laser and Particle Beams 24 2405 (in Chinese) [刘杰, 丁永坤, 田进寿, 刘慎业, 曹希斌, 温文龙, 胡盺, 徐向晏, 王俊锋, 董改云, 刘虎林, 王超, 张铁 2012 强激光与粒子束 24 2405]

    [10]

    van Roosbroeck W 1965 Phys. Rev. 139 A1702

    [11]

    George M, Williams Jr. 1992 Electron Tubes and Image Intensifiers SPIE 1655 14

  • [1]

    Ivo H M van Stokkum, Bart van Oort, Frank van Mourik, Bas Gobets, Herbert van Amerongen 2008 Biophysical Techniques in Photosynthesis 26 223

    [2]

    Lu Y Q, Liang W X, Zhang J, Wu J J, Tian J S, Wang J F, Zhao B S 2006 Acta Phys. Sin. 55 6500 (in Chinese) [刘运全, 梁文锡, 张杰, 吴建军, 田进寿, 王俊峰, 赵宝升 2006 55 6500]

    [3]

    Li J, Niu H B 2002 Journal of Optoelectronics·Laser 13 784 (in Chinese) [李冀, 牛憨笨 2002 光电子·激光 13 784]

    [4]

    Pan J S, Qi L, Xiao H L, Zhang R, Zhou J X, Pu D D, L J W 2012 Acta Phys. Sin. 61 194211 (in Chinese) [潘京生, 亓鲁, 肖洪亮, 张蓉, 周建勋, 蒲冬冬, 吕景文 2012 61 194211]

    [5]

    Zou Z F, Lu H S, Bai T Z, Gao Z Y 2001 Journal of Beijing Institute of Technology 10 186

    [6]

    Feng J, Engelhorn K, Cho B I, Lee H J, Greaves M, Weber C P, Falcone R W, Padmore H A, Heimann P A. 2010 Appl. Phys. Lett. 96 134102

    [7]

    Yuan Y T, Hao Y D, Zhao Z Q, Hou L F, Miao W Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 6963 (in Chinese) [袁永腾, 郝轶聃, 赵宗清, 侯立飞, 缪文勇 2010 59 6963]

    [8]

    Niu H B 1989 Acta Photon. Sin. 18 196 (in Chinese) [牛憨笨 1989 光子学报 18 196]

    [9]

    Liu J, Ding Y K, Tian J S, Liu S Y, Cao X B, Wen W L, Hu X, Xu X Y, Wang J F, Dong G Y, Liu H L, Wang C, Zhang T 2012 High Power Laser and Particle Beams 24 2405 (in Chinese) [刘杰, 丁永坤, 田进寿, 刘慎业, 曹希斌, 温文龙, 胡盺, 徐向晏, 王俊锋, 董改云, 刘虎林, 王超, 张铁 2012 强激光与粒子束 24 2405]

    [10]

    van Roosbroeck W 1965 Phys. Rev. 139 A1702

    [11]

    George M, Williams Jr. 1992 Electron Tubes and Image Intensifiers SPIE 1655 14

  • [1] 李杭, 陈萍, 田进寿, 薛彦华, 王俊锋, 缑永胜, 张敏睿, 何凯, 徐向晏, 赛小锋, 李亚晖, 刘百玉, 王向林, 辛丽伟, 高贵龙, 汪韬, 王兴, 赵卫. 基于太赫兹脉冲加速及扫描电子束的高时间分辨探测器.  , 2022, 71(2): 028501. doi: 10.7498/aps.71.20210871
    [2] 周少彤, 任晓东, 黄显宾, 徐强. 一种用于Z箍缩实验的软X射线成像系统.  , 2021, 70(4): 045203. doi: 10.7498/aps.70.20200957
    [3] 李杭, 陈萍, 田进寿. 基于太赫兹脉冲加速及扫描电子束的高时间分辨探测器研究.  , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20210871
    [4] 田丽萍, 李立立, 温文龙, 王兴, 陈萍, 卢裕, 王俊锋, 赵卫, 田进寿. 小型条纹管数值模拟及实验研究.  , 2018, 67(18): 188501. doi: 10.7498/aps.67.20180643
    [5] 袁铮, 董建军, 李晋, 陈韬, 张文海, 曹柱荣, 杨志文, 王静, 赵阳, 刘慎业, 杨家敏, 江少恩. 分幅变像管动态空间分辨率的标定.  , 2016, 65(9): 095202. doi: 10.7498/aps.65.095202
    [6] 惠丹丹, 田进寿, 卢裕, 王俊锋, 温文龙, 梁玲亮, 陈琳. 条纹变像管时间畸变的分析.  , 2016, 65(15): 158502. doi: 10.7498/aps.65.158502
    [7] 梁玲亮, 田进寿, 汪韬, 李福利, 高贵龙, 王俊锋, 王超, 卢裕, 徐向晏, 曹希斌, 温文龙, 辛丽伟, 刘虎林, 王兴. 全光固体条纹相机的理论及其静态实验研究.  , 2014, 63(6): 060702. doi: 10.7498/aps.63.060702
    [8] 颜扬治, 丁志华, 王玲, 沈毅. 联合谱域与深度域光谱相位显微方法.  , 2013, 62(16): 164204. doi: 10.7498/aps.62.164204
    [9] 曾鹏, 袁铮, 邓博, 袁永腾, 李志超, 刘慎业, 赵屹东, 洪才浩, 郑雷, 崔明启. 软X射线条纹相机透射式Au与CsI阴极谱响应灵敏度标定.  , 2012, 61(15): 155209. doi: 10.7498/aps.61.155209
    [10] 梁善勇, 王江安, 张峰, 石晟玮, 马治国, 刘涛, 王雨虹. 基于尾流激光雷达的能量对消式大动态接收技术.  , 2012, 61(11): 110701. doi: 10.7498/aps.61.110701
    [11] 潘京生, 亓鲁, 肖洪亮, 张蓉, 周建勋, 蒲冬冬, 吕景文. 微通道板的饱和效应对条纹相机动态范围的影响分析.  , 2012, 61(19): 194211. doi: 10.7498/aps.61.194211
    [12] 盛亮, 王亮平, 李阳, 彭博栋, 张美, 吴坚, 王培伟, 魏福利, 袁媛. 平面丝阵负载Z箍缩内爆动力学一维图像诊断.  , 2011, 60(10): 105205. doi: 10.7498/aps.60.105205
    [13] 曹柱荣, 张海鹰, 董建军, 袁铮, 缪文勇, 刘慎业, 江少恩, 丁永坤. 高动态范围激光等离子体诊断系统及其在惯性约束聚变实验中的应用.  , 2011, 60(4): 045212. doi: 10.7498/aps.60.045212
    [14] 任韧, 徐进, 任大男. 半导体核磁共振显微压力的质子全自旋量子门的实现.  , 2010, 59(11): 8155-8159. doi: 10.7498/aps.59.8155
    [15] 张小正, 毕传兴, 徐亮, 陈心昭. 基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法.  , 2010, 59(8): 5564-5571. doi: 10.7498/aps.59.5564
    [16] 代秋声, 漆玉金. 针孔单光子发射计算机断层成像的空间分辨率研究.  , 2010, 59(2): 1357-1365. doi: 10.7498/aps.59.1357
    [17] 袁永腾, 郝轶聃, 赵宗清, 侯立飞, 缪文勇. 空间电荷效应对X射线条纹相机动态范围影响的研究.  , 2010, 59(10): 6963-6968. doi: 10.7498/aps.59.6963
    [18] 谢旭东, 王 逍, 朱启华, 曾小明, 王凤蕊, 黄小军, 周凯南, 王 方, 蒋东镔, 黄 征, 孙 立, 刘 华, 王晓东, 邓 武, 郭 仪, 张小民. 光谱分辨条纹相机测量高能啁啾脉冲特性.  , 2007, 56(11): 6463-6467. doi: 10.7498/aps.56.6463
    [19] 刘华锋. 利用作用深度信息提高正电子断层成像仪分辨率一致性.  , 2006, 55(10): 5186-5190. doi: 10.7498/aps.55.5186
    [20] 周晓军, 杜 东, 龚俊杰. 偏振模耦合分布式光纤传感器空间分辨率研究.  , 2005, 54(5): 2106-2110. doi: 10.7498/aps.54.2106
计量
  • 文章访问数:  7355
  • PDF下载量:  729
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-20
  • 修回日期:  2014-12-11
  • 刊出日期:  2015-05-05

/

返回文章
返回
Baidu
map