[实用新型]各向异性聚焦大动态条纹变像管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大动态各向异性聚焦条纹变像管。

背景技术

条纹相机广泛地应用于惯性约束核聚变(ICF)、半导体、表面物理、光化学、光生物学、分子研究、等离子体物理、超快光谱学、X光激光等诸多前沿科学领域中，实现对超快现象的记录，最近发展起来的超快电子衍射技术更是为超快诊断技术的发展起到了极大的推动作用，它具有条纹相机的时间分辨能力(亚皮秒)，但其空间分辨能力却可以达到使人们梦寐以求的“分子电影或原子电影”时代到来，近年来，人们将微波技术引入超快电子衍射技术中，通过微波技术实现超快电子衍射系统中电子脉冲的“同步整形”，使得具有一定时间弥散的电子脉冲基本同步到达被测样品，有望达到100fs的时间分辨能力。尽管如此，条纹相机仍然具有不可替代的作用，因为超快电子衍射仪和条纹相机对时间分辨的原理是不一样的：超快电子衍射仪中往往是通过激励光和参考光之间的时间差来进行时间分辨的，而条纹相机是通过扫描板来提供甚至超过光速的扫描速度将时间信息转化为空间信息实现对超快过程测量的，很多超快过程中的测量往往不具备提供参考光的条件，因而条纹相机在超快现象诊断过程中有其不可取代的地位，尤其是大动态范围的条纹相机更是用户渴望得到超快诊断工具。

尽管针对条纹相机动态范围的定义不尽一致，但对限制条纹相机动态范围的主要因素却有统一的认识：空间电荷效应是限制条纹变像管动态范围的主要因素，尤其是亚皮秒脉冲，由于瞬时电流密度很高，空间电荷效应显得尤为明显，一般认为：200fs以下的条纹相机其动态范围不超过20，甚至有人认为只有5左右。其次便是增强器本身的动态范围(比如微通道板-MCP的增益饱和效应)则是限制条纹相机整机系统动态范围的另一重要因素；限制条纹变像管动态范围的另一个因素是条纹管光电阴极的制备方法：国外条纹相机无一例外地采用转移阴极系统来制作光电阴极，阴极制作过程和条纹管其它部件分开，这样制作的阴极不但灵敏度高、均匀好，而且在阴极制作过程中不会造成其它电极上沉积阴极材料，相比之下，国内采用非转移阴极系统来制备光电阴极，制备过程中阴极片和条纹管其它电极位于同一环境中，势必造成其它电极的污染，这些被污染的电极一旦受杂散光照射，便会发射光电子形成背景噪声，造成条纹相机背景差、动态范围小等诸多缺点。

条纹变像管的聚焦方式多采用静电聚焦或磁聚焦的方式，磁聚焦曾一度用的比较多，尤其是亚皮秒条纹相机，由于磁聚焦变像管中，扫描板可以放置在磁透镜的前面，提高了扫描板的偏转灵敏度并减小了条纹管的技术时间弥散，但磁聚焦透镜体积相对庞大，加之磁透镜往往是由多匝(一般大于100匝)线圈绕制而成，而激磁电流往往存在一定范围内的波动，当激磁电流稍有波动时，将引起安匝数的较大改变，使得条纹管的成像面在荧光屏前后漂移，导致空间分辨下降，因此现在流行的条纹相机多以静电聚焦为主。

条纹变像管时间分辨能力的理论极限大约在10fs的量级，自条纹变像管实用新型以来，各国研究者不断朝这个极限努力，最具代表性的是日本滨松公司已经研制出了200fs的条纹相机。在空间分辨能力方面，100μm左右的相机已经比较常见，几十微米左右的条纹相机逐渐开发出来。2004年，日本开发的X光条纹变像管实现了10～20μm的空间分辨能力；2006年中日工作者研制的X光条纹变像管达到了小于10μm的空间分辨能力。

增强对微弱信号的检测能力意味着提高器件的增益，这与探测的光谱范围或粒子种类密切相关，特别是与高信噪比增强器件密切相关。无论采用内增强还是外增强，探测信号转化为电子信号后，均可用微通道板(MCP，电子倍增器)予以大幅增强。微通道板的实用新型使变像管增益提高出现飞跃，单MCP、双MCP、三MCP的增益可达10³、10⁶、10⁷。MCP已经成为包括变像管在内的真空探测、成像器件不可缺少的部件。目前MCP正在向高分辨、低噪声、大动态范围方向发展。