[发明专利]基于光纤传像束的高时间分辨光学成像系统

说明书

本发明公开了一种基于光纤传像束的高时间分辨光学成像系统，包括光纤传像束总成、光学条纹相机、入射成像透镜和出射成像透镜，光纤传像束总成位于入射成像透镜和出射成像透镜之间，出射成像透镜位于光纤传像束总成和光学条纹相机之间；光纤传像束总成包括入射端头、出射端头和m组光纤束，各组光纤束的长度各不相同；每组光纤束的纤芯的入射端分别呈一维或二维均匀分布在入射端头的端面上；每组光纤束的纤芯的出射端均呈一维均匀分布出射端头的端面上。采用本发明提供的基于光纤传像束的高时间分辨光学成像系统，结构新颖，易于实现，具有非常高的时间分辨率及较高的二维空间分辨能力，同时整个系统具有大的探测面积，适用范围广。

技术领域

本发明涉及高能量密度物理研究的记录设备，具体涉及一种基于光纤传像束的高时间分辨光学成像系统。

背景技术

在高能量密度物理研究中，许多物理过程的发生时间尺度非常短，为了对这种物理过程进行诊断探测，需要使用具备高时间分辨能力的设备进行记录。光学条纹相机就是这样一种具有高时间分辨能力的记录设备，他的时间分辨率高达5ps(皮秒)左右，在高能量密度物理，特别是激光惯性约束聚变研究中，具有非常广泛的应用，如在任意反射面速度干涉仪(VISAR)中记录干涉条纹随时间的变化过程，在背向散射测量中通过耦合光谱仪记录散射光光谱随时间的变化过程等等。

光学条纹相机通常由光阴极、加速电极、聚焦电极、扫描偏转板、内部电子倍增管和荧光屏等组成。光阴极将从狭缝入射的光脉冲转换为光电子脉冲，然后经高电场加速和漂移聚焦在阳极小孔处，再经过电场方向垂直于狭缝的偏转板进行偏转，由于偏转电场随时间线性增长，因此不同时刻的光脉冲，经过上述过程后，将被偏转至空间不同位置，也就是将信号的时间变化，转化成空间的一维变化进行记录，而空间的另一维则保留了对待测量的空间分辨能力，因此，光学条纹相机在空间上只能对一维方向进行分辨。而对于VISAR、背向散射光而言，测量二维空间信息的时间变化过程对高压物理研究也具有重要的意义，因此如何利用光学条纹相机测量二维空间信息的时间变化过程，成为当务之急！

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于光纤传像束的高时间分辨光学成像系统，不但具有高时间分辨率和二维空间分辨能力，还具有较高的空间分辨率及大的探测面积。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于光纤传像束的高时间分辨光学成像系统，其要点在于：包括光纤传像束总成、光学条纹相机、入射成像透镜和出射成像透镜，其中，所述光纤传像束总成位于入射成像透镜和出射成像透镜之间，所述出射成像透镜位于光纤传像束总成和光学条纹相机之间；所述光纤传像束总成包括入射端头、出射端头和m组光纤束，其中，各组所述光纤束具有的长度各不相同，各组光纤束均由n根等长的纤芯组成；在所述入射端头的端面上具有m个与光纤束一一对应的第一排布区域，每组光纤束的所述纤芯在对应第一排布区域内呈一维或二维均匀分布，m个第一排布区域共同构成二维平面；在所述出射端头的端面上具有m个与光纤束一一对应的第二排布区域，每组光纤束的所述纤芯在对应第二排布区域呈一维均匀分布，m个第二排布区域并排设置且长度相等，并通过出射成像透镜与光学条纹相机的狭缝相耦合。

上述m为正整数，n为正整数，采用以上结构，由于各组光纤束的长度各不相同，导致各组光脉冲到达出射端头的时间各不相同，使出射端头出射的每组呈一维分布(直线分布)的光脉冲能够依次经出射成像透镜逐一耦合到光学条纹相机的狭缝处，再由光学条纹相机的光阴极逐一完成转换并最终记录(光学条纹相机的狭缝长度由光学条纹相机的光阴极长度决定，而狭缝长度会直接决定第二排布区域的长度)，因此，不仅对待测目标形成了二维的光学成像记录能力，能够采集待测目标整个二维区域上反馈来的光脉冲信号，而且能够兼顾空间分辨率和成像面积，使二者同时达到最优(不但具有高时间分辨率和二维空间分辨能力，还具有较高的空间分辨率及大的探测面积)；并且，本发明适用于任意反射面速度干涉仪(VISAR)和背向散射测量系统等，适用范围广。

作为优选：各组所述光纤束的长度呈等差数列分布。采用以上结构，各组光纤束的长度规律变化，以便于后期的数据处理工作。