[实用新型]具有电子脉冲准直功能的扫描相机

说明书

本实用新型提供了一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机，其核心元器件条纹管，包括物镜，采样狭缝，光电阴极，准直加速电极，电子聚焦透镜，阳极，行波偏转器，荧光屏。所述准直加速电极中心包含线性排列的微孔阵列结构，在电子脉冲经过时能够使其准直，在皮秒级及亚皮秒级超快现象研究领域，相较最接近技术的条纹管扫描相机更能有效地提高相机的时间分辨和空间分辨能力。

技术领域

本实用新型涉及皮秒级及亚皮秒级超快现象研究领域，具体而言，涉及一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机。

背景技术

在皮秒级及亚皮秒级超快现象研究领域，基于条纹管的扫描相机诊断技术是不可替代的超快信息获取技术。条纹管扫描相机是具备超高时间分辨、高空间分辨和宽光谱响应的高端科学测量与诊断仪器，在材料科学、等离子体物理、基础前沿科学研究和精密加工与制造等领域具有非常广泛的用途，尤其在惯性约束聚变(ICF)、核爆模拟、先进常规武器设计与研制等国家战略技术研究中不可或缺的甚至是唯一的重要诊断技术手段。

随着ICF研究的深入发展，更高时间分辨、更大动态范围的条纹管扫描相机的重要性就显得越来越突出。目前条纹管扫描相机的时间分辨已经实现皮秒量级向飞秒量级的突破，但是在飞秒量级条纹管扫描相机的动态范围的研究方面一直无法实现突破，满足不了ICF实验的实际应用需求。扩大飞秒条纹管扫描相机的动态范围成为一道急需解决的难题。

条纹管是扫描相机的核心器件，扫描相机性能参数的极限(例如时间分辨、空间分辨、动态范围等参数)都是由条纹管决定。现有的扫描相机技术一般采用静电聚焦型条纹管，也有少部分采用磁聚焦型条纹管，其结构包括光电阴极、加速电极、聚焦系统(静电聚集透镜或磁聚焦透镜)、扫描偏转系统和荧光屏，其结构见图1。其工作原理是：所测的目标光源发出的光由狭缝取出一维空间信息，然后通过物镜将瞬态光源成像在扫描变像管的光电阴极上。光电阴极上的狭缝部分在光脉冲辐射下发射出光电子，由于光电阴极具有较快的时间响应特性和良好的光电发射线性特性，光脉冲将无失真地被转换成电子脉冲，即光电子的瞬态发射密度正比于该时刻的光脉冲强度，所产生的光电子脉冲的持续时间就是入射光脉冲的持续时间。因此，只要测量出电子脉冲的时空结构，就可以得到入射光脉冲的时空结构。光电阴极产生的光电子经过加速电极加速后进入聚焦系统，然后经扫描偏转系统扫描偏转，分离出电子脉冲所包含的时间信息，分离出时间信息的电子脉冲轰击荧光屏产生按时间顺序排列的包含空间信息的光学图像，可以被记录系统读取和记录。

上述现有技术中的加速电极一般采用栅网电极，它具有网状结构，是一种由直径为微米量级的细金属丝横竖排列焊接而成，网格越密，丝径越细。栅网作为加速电极，与阴极共同作用产生一个近似平面电场，光电阴极产生的电子在平面场的作用下迅速获得能量到达高能态，这就减少了电子束团空间电荷相互作用的时间，从而抑制时间弥散和空间扩展，提高了条纹管的时间分辨和空间分辨。

由于栅网是一种由金属丝组成的非平面结构网格，其表面所形成的电场为非平面电场，这种电场对电子束具有一定的散焦作用，会改变电子原有的运动方向和趋势，增大电子束的发散角度，扩大大角度电子和杂散电子在电子束中所占比重，从而影响电子束的时空特性，进而影响条纹管的时间分辨和空间分辨。

其缺点之二为，栅网的金属丝直径在微米量级，因此栅网很薄，在制作电极时容易产生褶皱；其自持力较小，易破损；在加载较高电压时，容易变形并产生高压放电。

其缺点之三为，栅网的网格状的栅网对附近电场具有微扰作用；虽然只要栅网的线足够细和足够密，就可以忽略它对电场的影响，但是过密的栅网对电子的吸收比较严重，电子的透过率低，例如线径为20μm、线密度为10线/mm的栅网对电子的吸收率为20％，线径为12.5μm、线密度为40线/mm的栅网对电子的吸收率为62％。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提供了一种具有电子脉冲准直功能的扫描相机，通过其准直加速电极结构设计，达到提高条纹管时间分辨和空间分辨能力的效果。