[发明专利]一种短脉冲曝光装置及方法

说明书

本发明公开了一种短脉冲曝光装置及方法，所述装置包括第一快门机构、第二快门机构、主控制器、光电二极管以及探测器，第一快门机构的信号输入接口与主控制器的第一I/O口连接，第二快门机构的信号输入接口与主控制器的第二I/O口连接；第一快门机构、第二快门机构以及样品依次间隔平行布置，样品正对所述第一快门机构和第二快门机构的中心；光电二极管与样品平行且有间距，光电二极管与主控制器的第三I/O口连接，探测器的控制信号输入端口与主控制器的第三I/O口连接；射线垂直于第一快门机构且从第一快门机构中心入射；本发明的优点在于：能够实现短于单快门最短允许开启时间的脉冲曝光。

技术领域

本发明涉及小角X射线散射领域，更具体涉及一种短脉冲曝光装置及方法。

背景技术

小角X射线散射(SAXS)是一种测量样品内纳米颗粒尺寸的手段，测试示意图如图1。信号发生器301控制快门的开启与关闭，上位机6与信号发生器301连接。X射线在设定时间内照射样品7，同时利用后端的探测器5采集样品7的散射图形，光电二极管4采集入射射线的强度(这两者都是在一定时间上累积)。设定的实验时间通常由X射线快门来控制。不测试时，快门需要处于关闭状态，以避免X射线对后面的样品7和探测器5造成不必要损伤。

因为X射线具有穿透性，快门的挡片由重金属制作，具有一定的质量(惯性)。目前北京同步辐射装置SAXS站使用的Uniblitz公司生产的XRS25快门打开和关闭时间约8毫秒，完全打开状态的最短时间约20毫秒(具体时间和产品型号有关)。目前小角站样品测试时间通常设定在秒量级以上，甚至分钟量级，快门的开闭时间通常忽略，而且最短的打开时间也没对目前使用造成任何不便。

随着X射线的强度大幅度提升，实验曝光时间随之减小。如中国科学院高能物理研究所在怀柔建设的新SAXS实验站，X射线强度比目前的SAXS站高1000倍，相应曝光时间将缩短至毫秒量级。光电二极管和探测器是电子学设备，可轻松实现毫秒甚至亚毫秒时间探测，但快门属于机械设备，受机械运动过程限制，无法实现低于20ms的时间脉冲曝光。

太原理工大学硕士研究生学位论文《脉冲压缩技术中组合调制信号性能分析与减小盲区研究》中利用逗留相位原理实现伪码-多项式拟合非线性调频组合调制信号的产生及仿真，并与其他常见的组合调制信号进行对比分析验证这种信号的优点。对截断式压缩脉冲解决单基站雷达盲区的实现及应用进行了原理上的分析；并且通过Matlab仿真实现截断式压缩脉冲信号的产生及探测结果分析，验证了截断式压缩脉冲解决盲区增大问题的可行性。但是其主要是通过仿真截取不同长度的脉冲信号进行研究，并没有介绍如何实现低于20ms的时间脉冲曝光。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何实现低于快门最短开启时间内的短脉冲曝光。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种短脉冲曝光装置，包括第一快门机构、第二快门机构、主控制器、光电二极管以及探测器，所述第一快门机构的信号输入接口与主控制器的第一I/O口连接，所述第二快门机构的信号输入接口与主控制器的第二I/O口连接；所述第一快门机构、第二快门机构以及样品依次间隔平行布置，所述样品正对所述第一快门机构和第二快门机构的中心；所述光电二极管与样品平行且有间距，光电二极管与主控制器的第三I/O口连接，探测器的信号输入端口与主控制器的第三I/O口连接；射线垂直于第一快门机构且从第一快门机构中心入射，所述第二快门机构相对第一快门机构延时第一预设时间间隔以后开启。

本发明设置两个相同型号的快门机构且这两个快门机构平行设置，两个快门机构同时开启时，射线才进入后面的探测设备进行SAXS测试。当第二快门机构相对第一快门机构延时第一预设时间间隔△t后开启(△t＝T-t，T为单个快门开启总时间，t为第三预设时间，也是设定的曝光时间)时，第一快门机构关闭前的第三预设时间与第二快门机构开启后的第三预设时间重叠，重叠的时间为需要曝光测试时间。通过调整两个快门之间的延迟来调整测试时间，从而实现低于快门最短开启时间的短脉冲曝光。