[发明专利]电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机在审
申请号: | 201710638619.9 | 申请日: | 2017-07-31 |
公开(公告)号: | CN107424891A | 公开(公告)日: | 2017-12-01 |
发明(设计)人: | 刘进元;蔡厚智;廖昱博 | 申请(专利权)人: | 深圳大学 |
主分类号: | H01J35/14 | 分类号: | H01J35/14 |
代理公司: | 北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙)11371 | 代理人: | 龙礼妹 |
地址: | 518000 广东*** | 国省代码: | 广东;44 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 电子 脉冲 时域 展宽 方法 射线 相机 | ||
技术领域
本发明涉及电子成像技术领域,具体而言,涉及电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机。
背景技术
X射线分幅相机通过变像管实现图像的光电转换、脉冲选通与图像增强,是研究亚纳秒时间范围内瞬变现象的主要工具。其借助光电阴极来实现波长转换,所以具有较宽的波长响应范围,可覆盖从紫外光到X射线区段。其利用微通道板实现光电子信号的倍增,故具有很高的灵敏度。尤其是20世纪90年代以来,采用MCP行波选通技术使分幅相机的时间分辨率得以显著提升,因此广泛应用于X射线激光、惯性约束核聚变(ICF)、Z-箍缩以及强场物理等重大研究领域中。
如图1所示,基于MCP选通的分幅相机包括目标01、针孔板02、选通电脉冲03、MCP04和荧光屏05,工作原理是将被拍摄的等离子体经光学系统成像于MCP输入面的光阴极微带上。若选通脉冲未加在光阴极微带时,该光阴极上的图像将被MCP吸收,则荧光屏上无图像输出。当选通脉冲加至微带阴极上时,该光阴极上产生的光电子将被MCP倍增,并轰击荧光屏输出可见光图像。目前,实用化分幅相机的曝光时间可达~60ps。
随着ICF研究的深入以及光物理、光化学、光生物学等学科的迅速发展,对超快诊断技术和设备的要求又不断提高。在对等离子体拍摄时,为避免图像的动态模糊,要求相机的曝光时间小于40ps。采用薄的MCP,行波选通分幅相机时间分辨最高可达35ps。而薄MCP比较脆弱,所得图像信噪比也较差,无法满足实际需求。进一步研究表明,影响分幅相机时间分辨的主要因素包括:MCP中电子的渡越时间、渡越时间弥散以及选通脉冲宽度等。其中电子渡越时间弥散决定了分幅相机的极限时间分辨率。于是,人们又提出以无增益MCP代替有增益MCP研制X射线分幅相机。但同样存在信噪比低,难以实用的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机。该电子脉冲的时域展宽器具有较为简易的结构,并且电子脉冲的时间展宽倍率可调,还可以实现阴极输入面上电子脉冲的一致展宽。
具体地,其技术方案如下:
一种电子脉冲时域展宽器,包括:
微带阴极,所述微带阴极设置在所述真空室的入口内,所述微带阴极加负直流偏置电压,且所述微带阴极上设置有阻抗渐变线;
阳极栅网,所述阳极栅网设置在所述微带阴极的后方,用于使所述微带阴极发出的光电子经所述阳极栅网加速后在所述真空室内漂移;
斜坡高压射频脉冲发生器,所述斜坡高压射频脉冲发生器与所述微带阴极或所述阳极栅网电性连接,用于使所述微带阴极或所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲。
作为对技术方案的改进,所述电子脉冲时域展宽器还包括石英窗口、管法兰、压环和电路板,所述石英窗口设置在管法兰的入口且封住所述管法兰的入口,所述微带阴极位于所述管法兰的入口内,所述微带阴极的两端分别一体地设置有所述阻抗渐变线,所述阻抗渐变线固定在所述电路板上,所述电路板固定在所述管法兰上,所述阳极栅网通过所述压环与所述微带阴极间隔设置。
作为对技术方案的改进,所述电路板为高频PCB电路板。
作为对技术方案的改进,所述微带阴极为薄膜结构,所述微带阴极的表面设置有镀金层。
作为对技术方案的改进,所述斜坡高压射频脉冲发生器中的斜坡高压射频脉冲产生电路为由雪崩三极管组成的MARX BANK电路。
作为对技术方案的改进,所述电路板上设置有用于连接所述斜坡高压射频脉冲发生器的射频连接器插头,所述微带阴极两端的所述阻抗渐变线的阻值渐变范围分别为50~17Ω与17~50Ω。
作为对技术方案的改进,所述微带阴极的两端被同时加载相同的所述斜坡高压射频脉冲。
作为对技术方案的改进,所述阳极栅网与所述斜坡高压射频脉冲发生器电性连接,用于使所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲,所述微带阴极接地。
一种电子脉冲时域展宽方法,使用前述技术方案任一项所述的电子脉冲时域展宽器,将入射的X射线照射在所述微带阴极上,使所述微带阴极音外光电效应而产生光电子,在所述微带阴极加负直流偏置电压,并使所述微带阴极或所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲,且X射线同步在所述斜坡高压射频脉冲的上升沿,进而使先发射的所述光电子较后面的所述光电子获得更大的能量,从而使得前面的所述光电子速度更快,通过所述阳极栅网后一段渡越漂移空间之后,电子脉冲的时域宽度被展宽,从而实现电子脉冲的时间放大。
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