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1、第18卷第5期强激光与粒子束Vol.18,No.52006年5月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay,2006文章编号:1001-4322(2006)05-0829-05*X光条纹相机时间性能标定黄翼翔1,江少恩1,李文洪1,胡昕1,谢兴龙2,刘凤翘2(1.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;2.中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)摘要:X光条纹相机在惯性约束聚变实验诊断中具有重要作用,它的性能技术指标的精确标定是实验数据可信度的基础。在上海激光联合实验室的20TW激光器上对X光条纹相机的扫速、时间分辨等时间性能进行了标定,取
2、得了较好的结果。标定结果显示相机的各项性能与出厂标称值有了较大改变。标定的实验结果可有效提高ICF实验数据处理和物理分析的可靠性。关键词:X光条纹相机;性能标定;扫速;时间分辨中图分类号:TN247文献标识码:AX光条纹相机作为一种具有高时间分辨能力的设备,在惯性约束聚变(ICF)实验诊断中具有重要作用。它不仅能提供空间分辨的图像,同时还能提供等离子体随时间运动变化的信息。为了准确获得等离子体运动的时间信息,就需要精确的了解X光条纹相机的时间性能。但是由于实验条件的限制,在以前实验中使用的X光条纹相机一直还没有进行过扫速、时间分辨等性能的标定,只有出厂提供的标称值。随着ICF实验的进一步深入,
3、对诊断设备精密化和可靠性的需要日益突出。国外很早就对X光条纹相机的各项性能标定方法进[1]行了研究,并且利用各种超短脉冲激光器获得了所用相机的时间性能数据。因此,我们利用上海激光联合实验室的20TW激光器,对X光条纹相机扫速、时间分辨等性能进行了实验标定。1实验布局实验布局及光路如图1所示,触发脉冲通过PIN探头从激光器前端引入。20TW激光器的基频光波长为1053nm,而X光条纹相机的光阴极只对紫外波段和X光波段敏感,所以必须将入射激光进行四倍频后得到波长为263nm的紫外波段激光。Fig.1SchemeforexperimentlayoutFig.2Schemeoftheetalon图1实
4、验布局示意图图2标准具示意图实验中使用的标准具由透过率不同的镜片组成(见图2),膜面间距为60mm。两块镜片的镀膜面在镜片的内表面,因此,相邻脉冲间的时间间隔就是激光在长120mm空气中传播的时间,为400ps。第一块镜片的透过率是50%,第二块镜片的透过率是33%。同时考虑到扫描电压斜率的不稳定性会引起扫速的不均匀,在实验中通过改变触发延时的方法,使扫描电压的不同位置扫描待测信号,这样就得到了在屏幕中不同位置的信号。实验结果证实了扫描电压斜率确实存在不稳定性。*收稿日期:2006-03-28;修订日期:2006-04-27基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:黄翼翔(1978-),男
5、,安徽,从事惯性约束聚变实验诊断研究;eaglehyx@165sc.com。830强激光与粒子束第18卷2实验原理由于20TW激光器的脉宽为1ps,比X光条纹相机的时间分辨高得多,因此在标定实验中可以不考虑激光器脉宽的影响。实验原理是利用标准具产生时间间隔已知且固定的多脉冲,X光条纹相机扫描后,通过CCD记录系统就可以得到序列脉冲信号。图3为标定实验中得到的典型结果,由标准具多次衰减得到强度递减的脉冲。图3经过处理可以得到强度随时间的曲线如图4所示,从图4我们可以得到相邻脉冲峰值在CCD上的像素差Δx,而相邻脉冲的时间间[2-4]隔Δt已知,这样我们就可以得到CCD记录到的相机扫速v=Δt/Δ
6、x,单位是ps/pixel。利用图4中每个脉冲的半宽度可以给出X光条纹相机的时间分辨。Fig.3AstrainofpulsesacquiredbyCCDFig.4Curveofintensity图3CCD记录到的序列脉冲图4强度曲线3标定结果与分析3.1扫速数据分析我们对该相机配置的3种不同扫速盒的扫速分别进行了标定。并且通过调节延迟时间使扫描斜坡电压不同位置测量入射序列脉冲信号,从而考核相机的扫描非线性。3.1.11#扫速盒数据处理Fig.5Imagesof1#sweepspeedbox图51#扫速盒得到的图像图5为1#扫速盒4发实验图像,图中横轴为时间分辨率,方向从左往右,纵轴为空间方向。
7、可以看到由于标准具镜片的衰减,相邻两脉冲中的后一个脉冲的强度明显比前一脉冲的强度弱。图5(a～d)依次为图像在荧光屏从右到左的信号。经过处理可以得到如图6所示的数据。从图6中我们可以明显看出,shot21中相邻脉冲间隔明显比shot19的小,这就表明shot21中的扫速比shot19慢,证明扫速存在不均匀性。表1中x1,x2,x3,x4为脉冲峰值的时间方向像素值;Δx1,Δx2,Δx3为相邻脉冲像
