[发明专利]软X射线微带行波焦平面快门皮秒变象管分幅技术

说明书

本发明属于变象管高速摄影技术领域。

激光热核聚变、X射线激光等前沿学科的发展是与先进的诊断技术密切相关的，然而，已有的诊断技书已不能满足要求。因为激光等离子体的光谱幅射主要在X射线波段，幅射的持续时间只有几个纳秒（10^-9秒）到几百皮秒（10^-12秒），并分布在1毫米左右的空间范围内，故要求诊断设备既要对X射线敏感，还要有高的时间分辨能力和高的空间分辨能力。变象管分幅摄影技术，由于具有记录二维微米级空间分辨能力和皮秒级时间分辨能力而受到世界科学家的特别重视。

在已有的技术中，快门式分幅变象管（1958年美国RCA公司设计）的曝光时间只能达到纳秒级，象质不好。扫秒式分幅变象管[M.M.Bustor，et  al，proc.4th  ICHSPP  P230，（1959）;F.Waltervs.et  al，proc.6th  ICHSPP  P357（1962）;W.Sibbett，et  al，proc.15th  ICHSPP  SPIE  Vol  348.267（1982）]的空间分辨率只有4线对/毫米左右，系统复杂，象质差，而且由于扫描分幅管是通过扫描板实现分幅，补偿板实现对图象的复原，这就要求扫描板和补偿板所加电压随时间变化的斜率要相同，只是极性相反，否则图象将变形，这也是它的难点所在。近贴式分幅变象管（M.J.Eckart.et  al，Rev，Sci.Instrum，Vol，59.No.8  1988）、磁偏转分幅管，网格分幅管等都因有各自的缺点而未被采用。可见皮秒分幅技术尚未成熟，目前尚处在实验室方案探讨阶段。

本发明的目的在于提出一种微带行波焦平面快门皮秒变象管分幅技术，使其能满足当前激光等离子体诊断等高科技领域的急需。

本发明具有图象无空间畸变、对快门脉冲波形要求不严格、动态空间分辨率高、曝光时间短、抗外界电磁场干扰能力强和画幅尺寸大等特点。

本发明的技术措施包括：采用微带结构，用行波微带达到时间上的延迟来分幅摄影;采用微通道板选通、阴极和行波微带线制作在微通道板输入面上，微通道板的斜角为8°;选通脉冲由GaAs光电开关产生;整管为开放式结构，用多针孔组实现光学分幅成象。

微带行波焦平面分幅变象管的结构如附图1所示。在绝缘陶瓷环1内，安置微通道板2和荧光屏3，行波微带线4直接制作在微通道板的输入面上，5为阴极窗口，荧光屏制作在光纤面板输入窗上。整管选用开放式管型，使其工作在3×10^-5乇以上的真空室中，因为一般的窗口材料对软X射线吸收很严重，还没找到一种既能经受大气压，又能良好地透过软X射线的窗口材料。整管外径为φ55mm、荧光屏有效直径为φ25mm、微通道板的直径为φ36mm，荧光屏与微通道板输出面距离不大于0.5mm，把GaAs光电开关尽量接近管子，以免在传输过程中的电压波形变形。

微通道板作为电子倍增器，它具有快速时间响应特性和高的电子增益，它的每个微孔通道相当于一个独立的电子倍增器，用在电子图象增强时，一个通道对应一个象素。由于微通道板的时间响应和时间弥散都在皮秒量级，所以能满足皮秒分幅管要求，但普通的微通道板不能用于分幅管，因为它的输入面电阻有300Ω，对电磁波吸收严重，所以，要在它的输入面上镀金或铝，并做成微带结构，输出面上镀一般的铁铬电极。

行波微带传输线的结构如附图2所示，1为微通道板输入面，2为微带结构。微带线宽为3mm，微通道板厚度为0.5mm。微带线先真空镀1微米厚的铬，再镀100厚的金做阴极。经测试，微通道板的体电阻为1.4×108Ω、增益10⁴，斜角8°，微带线电阻为0.3Ω。

本发明采用微通道板直接选通，因为微通道板不但对电子敏感，对软X射线也敏感，要求产生一个电压为800-1500V、脉宽为几十至几百皮秒的脉冲电压，这样高的电压和如此短的脉冲用电子线路来产生是困难的。本发明采用GaAs光电开关，靠激光来驱动，光电开关的结构如附图3所示。直流电压Vo经过同轴电缆1加到光电开关GaAs2上，并与分幅变象管3和匹配电阻R₁串联。R₁应与微带线特性阻抗相等，使得整个系统能够阻抗匹配。实验已表明，当激光输入能量有1mJ，就能驱动光电开关。

本发明能达到的主要技术指标：

1.光谱响应  100ev-10Kev光子能量范围，

2.画幅数目  4幅，