用于超快脉冲中子测量的条纹像机系统
超高速相机系统组成图解
超高速相机的超高速图像采集系统主要由相机主机、控制分析软件、图像处理仪组成。
超高速相机各部分示意图如下：图像采集系统主机内主要由分光系统和ICCD通道系统组成，超高速相机示意图如下：在CCD上产生的增强的信号是由一个系列链产生的，通过以下一些部件：超高速相机的内部示意图：ICCD通道系统内的基本工作原理：通过透镜将拍摄的目标对像光信号传送到增强器的光阴极上，像增强器在高压窄脉冲控制下输出具有较短曝光时间的图像，并由后续CCD接收和记录。
超高速相机系统曝光时间和摄影频率由像增强器驱动源以及精密同步系统控制。
多通道图像分光耦合系统工作原理：传统的图像分割技术往往使用立方或半透膜分束器将一个图像分割成两个相同的低强度二级图像。
由于一般图像都不是单频的，所以传统技术都不可能预测强度比率。
超高速相机使用全反射镜观察所有子图像，使得所有的强度分布都能在一个镜像几何函数中反映出来。
这个方法可以很容易地扩展到紫外光谱区域。
在每个光学路径的通道上都装有一个滤波器，它能产生一些特殊的效果，比如对一个实验生成三种颜色的图像。
对于各种通道设置的不同延迟时间，它还可以用来恢复成3-D空间信息。
下图为图像分光耦合系统示意图：Stanford Computer Optics的ICCD摄像机是独立的解决方案，可以通过RS232，Camera Link或USB连接远程操作和调整。
4 Spec E软件可以作为一体化解决方案，以满足超高速ICCD摄像机系统的所有操作要求。
4 Spec E包括四个功能模块：远程摄像控制，实况监视，图像编辑和光谱分析。
因此，软件可以作为全面的高速ICCD相机操作和数据分析工具。
4 Spec E软件的截图软件主要功能有：1.相机控制远程摄像机控制提供了对ICCD摄像机操作参数的远程访问。
它可以直接在计算机上配置超高速ICCD摄像机系统。
ICCD摄像机的所有参数都可远程编程。
这些参数包括例如MCP电压供应，门控时间，视频增益，触发配置和曝光模式。
光学条纹相机时间扫描性能应用_王哲斌
第24卷第8期强激光与粒子束Vol．24，No．82012年8月HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Aug．，2012文章编号：1001-4322（2012）08-1836-05光学条纹相机时间扫描性能应用*王哲斌，杨冬，张惠鸽，章欢，蒋小华，王传珂，况龙钰，刘永刚，朱托，彭晓世，张琛，刘浩，李志超，李三伟（中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900）摘要：对相机全屏扫速性能进行了系统分析，发现基于相机整体的平均扫速及扫速非线性处理扫描时间的传统方法不能反映相机空间畸变现象，并且扫速非线性放大了数据处理不确定度，从而降低了相机应用价值。
建立了一套基于全屏扫速及扫速不确定度的扫描时间精细处理方法，它自洽消除了相机的空间畸变和扫速非线性的系统性影响。
开展了理论分析和验证实验，结果表明：精细处理方法很容易使扫描时间数据处理相对不确定度降低到1%以内，显著提高了条纹相机时间扫描精度和应用可靠性。
关键词：激光聚变；光学条纹相机；扫速；时间扫描；空间畸变；扫速非线性中图分类号：TN247；O532．13文献标志码：A doi ：10．3788/HPLPB20122408．1836光学条纹相机是一种高灵敏度、高时空分辨的诊断设备［1-2］。
它是目前激光聚变、激光/X 光驱动高压状态方程以及超短超强激光物质相互作用等物理实验中最主要的光学信号时间特性测量设备［3-6］。
光学条纹相机的时间扫描性能是决定相机优劣的关键指标，而对时间扫描性能的认识与处理直接影响相机测量物理信号时间特性的可靠性与精度。
光学条纹相机扫速反映了相机系统记录屏幕单位长度对应的扫描时间大小，是表征光学条纹相机时间扫描性能的最重要参数。
以往条纹相机扫速标定比较粗略，扫速参数用相机记录区域的平均扫速及该区域内扫速非线性来表征［7-8］。
但是由于相机设计与制作工艺的各种偏差，扫速非线性较大，利用平均扫速对实验结果进行处理会引入较大不确定度。
条纹照相机及应用
条纹照相机及应⽤条纹照相机也称像转换管条纹相机，它是综合了电⼦光学，电⼦学，纤维光学及半导体技术等新成果⽽发展起来的⼀种新型光电仪器。
条纹相机是同时具备超⾼时间分辨与超⾼空间分辨的唯⼀⾼端科学测量与诊断仪器。
它把时间到来的先后顺序转换成空间进⾏判断，根据空间位置探测瞬态过程。
1968年⼈们开始研制条纹相机，当时采⽤磁聚焦象增强器与像转换管配合，但体积庞⼤。
后为平板型微通道板象增强器所取代，整机体积⼤⼤缩⼩，与⼀台普通⽰波器相仿。
当前条纹相机的最⾼分辨率约为100飞秒。
光电⼦型条纹相机主要原理是：⼊射的光脉冲轰击光电阴极，产⽣的光电⼦在阴极射线管中加速，并利⽤⼀系列电⼦光学结构，使电⼦发⽣偏转，通过扫描将条纹图像显⽰在荧光屏上。
并被线性探测器如CCD接收，从⽽显⽰出光脉冲的波形。
在实际应⽤中，光脉冲沿着特定⽅向经由狭缝进⼊仪器，⽽被探测器收集。
不同时间到达的光⼦，在探测器上的投射位置就会不同。
时域的瞬态脉冲也就可以被转换为在探测器上的空间分布。
通过探测器上的光学’条纹‘分布，光脉冲的持续时间以及其它瞬态性质就可以通过反推得出。
为了周期性记录脉冲结果，条纹相机也采⽤类似⽰波器的触发⽅式。
条纹相机是针对于⽰波器加以改进后研制⽽成的新型测量仪器，重⼤改进就是把光电探测器和信号显⽰这两部分合在⼀起了。
即仪器本⾝就能够将光信号显⽰成像。
具体做法是：将⽰波管的热阴极去掉，改成光电阴极，这样⼀来，⽰波管也就可以兼有接收器和显⽰器的作⽤。
为了使信号能够清楚地显⽰出来，再采⽤像增强技术。
光阴极材料的信号响应极快，可达10的负14次⽅秒，即使考虑制造⼯艺，结构⽅⾯的影响，获得10的负13次⽅秒的响应时间是没有问题的。
⽽且，电⼦光学处理系统的时间响应也极为迅速。
所以能够探测脉冲宽度⾮常窄的光信号。
此外，条纹管光电阴极发出来的光电⼦，经过电⼦光学系统聚焦，偏转加速和增强之后，以⾼速线性扫描⽅式成像于荧光屏上，即可把时间变量转换为空间变量，从条纹相机荧光屏上记录下来的信号，包含有时间和空间两种信息，利⽤这种仪器可以同时获得光信号的持续时间和强度的空间分布情况。
高时间分辨的聚变反应历程测量系统设计
镜
靶
平是利用热核中子诊断聚变反应历程的理想范
围。
时
系统的诊断原理是从高密度区逃逸出来的 中子轰击离靶非常近的有机 闪烁体 ， 有机闪烁
量 系 统 设 计 。该 系 统 用 于 能 量 分别 为 ２ ． ４Ｍ ｅ 和 １．３ Ｖ 的聚变 中子测量 时 ， ５ Ｖ ４０Ｍｅ 系统
的时 间分 辨 分 别 优 于 ５ｐ ５ｓ和 ０ ｓ对 应 的测 ４ｐ ，
而高能 中子和伽 马射线具有非 常强的穿透本 领， 绝大部分中子及伽马射线能无碰撞地离开 燃料区到达探测器 ， 从而保 留了燃料 区聚变反
１ 测量原理简述
在 ＩＦ实验 中 ，Ｄ 或 Ｄ 燃料 发 生 的相 Ｃ Ｄ Ｔ
收稿 日期 ：０ ９０—２ ２ ０ —８１
基金项 目： 国家 ８ ３ ６ 计划项 目资助课题 。
关 的热核反 应如 下 ： ］
Ｄ ＋ Ｄ一 ０Ｈｅ ０ ２ Ｍ ｅ （ ．８ Ｖ） ＋ ｎ （ ．４ ２ ５
展宽越宽， 以该项技术要求探测器离靶非常 所 近 。在 神 光 Ｉ 原 型 装 置上 ， 实 验 进 行 优 化 Ｉ Ｉ 对
设 计 后 ， 计 聚 变 中子 产 额 可 能达 到 １。 Ｄ 预 ０（ Ｄ 反应） １ｎ（ Ｔ反 应 ） 和 ０ Ｄ 的水 平 。这 一 产 额 水
元件 口径， 在将闪烁体发出的光传输至条纹相
下限中子产额分别为 １５ Ｏ 和 ４ ０ 。 ． ×１。 ×１。
关键词 ： 惯性约束 聚变 ； 闪烁体 ； 条纹相机 ； 间分辨 时
光学条纹相机扫描速度实验标定
光学条纹相机扫描速度实验标定彭晓世;刘永刚;张惠鸽;蒋小华;安竹【期刊名称】《核电子学与探测技术》【年(卷),期】2008(028)004【摘要】为实现冲击波速度的精确测量,对光学条纹相机进行了标定,得到了处于不同扫速档时狭缝上不同位置在不同时间区域的扫描速度.标定结果表明,在10ns/15mm档和5ns/15mm档时,初始时刻的扫描速度明显慢于结束时刻.而对于相机的2ns/15mm档,初始时刻的扫描速度更快.相机扫描速度在不同时间差别较大,表明随着相机的老化,采用平均扫描速度和扫速非线性进行数据处理已不适用.【总页数】5页(P841-844,820)【作者】彭晓世;刘永刚;张惠鸽;蒋小华;安竹【作者单位】中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;四川大学原子核科学与技术研究所,成都,610064;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;四川大学原子核科学与技术研究所,成都,610064【正文语种】中文【中图分类】TN247【相关文献】1.条纹相机扫描速度调节电路 [J], 何徽;温伟峰;张登洪;刘寿先2.光学条纹相机扫描速度和非线性的测试 [J], 刘永刚;彭晓世;汤小青3.飞秒激光标定X射线条纹相机的时间特性 [J], 顾礼;宗方轲;李翔;周军兰;杨勤劳;郭宝平4.牙冠外形三维光学测量系统标定实验(一)——误差消除和标定曲线获得 [J], 高勃;王忠义;施长溪;殷功杰;刘波5.牙冠外形三维光学测量系统标定实验(二)——位相-高度转换实验 [J], 高勃;王忠义;施长溪;殷功杰;刘波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
眼见为实：超高速视频级原子力显微镜实时成像CRISPR基因编辑过程
眼见为实：超高速视频级原子力显微镜实时成像观察CRISPR基因编辑过程北京佰司特科技有限责任公司自2012年以来，研究人员常用一种叫做CRISPR的强大“基因组编辑”技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。
CRISPR来自微生物的免疫系统，这种工程编辑系统利用一种酶，能把一段作为引导工具的小RNA切入DNA，就能在此处切断或做其他改变。
CRISPR已经成为生命科学领域受关注的基因编辑技术，其效果得到大家一致认可。
虽然科学家可通过RT-PCR、WB等方法间接证明CRISPR的功能，但仍未有直接的证据来证实。
究其原因：一是生物分子间的相互作用速率快，需要高速的成像手段才能捕捉到；二是生物分子比较小，通常为纳米级，普通显微镜由于受光学衍射限所限不能分辨。
日本Kanazawa University的科学家利用超高速视频级原子力显微镜（High-Speed Atomic Force Microscope，HS-AFM）实时成像，成功观察到了CRISPR基因编辑的过程，为CRISPR技术的有效性提供了直接的证据。
超高速视频级原子力显微镜（High-Speed Atomic Force Microscope，HS-AFM）由日本Kanazawa 大学Prof. Ando 教授团队研发，日本RIBM公司（生体分子计测研究所株式会社，Research Institute of Biomolecule Metrology Co., Ltd）商业化的产品，可以达到视频级成像的商业化原子力显微镜。
HS-AFM突破了传统原子力显微镜“扫描成像速慢”的限制，能够在液体环境下超快速动态成像，分辨率为纳米水平。
样品无需特殊固定，不影响生物分子的活性，尤其适用于生物大分子互作动态观测。
超高速视频级原子力显微镜HS-AFM主要有两种型号，SS-NEX样品扫描（Sample-Scanning HS-AFM）以及PS-NEX 探针扫描（Probe-Scanning HS-AFM）。
光学超快成像技术介绍
光学超快成像技术介绍光学超快成像技术是一种基于光学原理实现的高速成像技术，它能够捕捉到非常短暂的光学过程，帮助科学家们更好地理解和研究微观世界的变化。
本文将介绍光学超快成像技术的原理、应用以及未来的发展方向。
一、光学超快成像技术的原理光学超快成像技术是利用超短脉冲激光和特殊的光学元件来实现的。
超短脉冲激光的脉冲宽度通常在飞秒（1飞秒=10^-15秒）到皮秒（1皮秒=10^-12秒）的量级，其时间分辨率非常高。
在超短脉冲激光的照射下，样品会发生光学响应，产生一系列的光学信号。
通过探测这些光学信号，可以获得样品在超短时间尺度下的信息。
二、光学超快成像技术的应用光学超快成像技术在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，它可以用来研究材料的超快光学响应，揭示材料的电子结构、动力学过程等。
在化学领域，它可以用来观察化学反应的过程和动力学行为，探索化学反应的机理。
在生物医学领域，光学超快成像技术可以用来观察生物分子的结构和功能，研究生物体内的生物过程。
此外，光学超快成像技术还可以应用于纳米科学、光子学等领域。
三、光学超快成像技术的发展方向光学超快成像技术已经取得了很大的进展，但仍然存在一些挑战和局限性。
例如，成像速度和空间分辨率之间存在一定的权衡，无法同时达到极高的速度和分辨率。
此外，成像深度也是一个问题，当前的光学超快成像技术对于非透明样品的成像效果较差。
未来的发展方向主要包括以下几个方面：1. 提高成像速度和空间分辨率：通过改进光学元件和探测器的设计，提高成像速度和空间分辨率，使得光学超快成像技术能够更好地捕捉到微观世界的变化。
2. 扩大成像深度：研究人员正在探索利用多波长激光和非线性光学效应等方法，提高光学超快成像技术对非透明样品的成像深度，以应用于更广泛的领域。
3. 结合其他成像技术：将光学超快成像技术与其他成像技术结合起来，如电子显微镜、X射线成像等，可以获得更全面和准确的样品信息。
4. 开发新的应用领域：光学超快成像技术在材料科学、化学、生物医学等领域都有应用，未来可以进一步拓展到其他领域，如能源材料、环境科学等，为解决实际问题提供新的手段和思路。
超快电子衍射系统
超快电子衍射摘要：本文介绍了一套可以用以来分析各种超快反应动力学的实验装置。
利用这一装置，我们可以实现对时间和空间分辨率为0.01埃和1皮秒的复杂分子结构的四维图像的呈现，这一新的极限为研究分子反应的瞬态过程提供了新的途径。
本文重点介绍了该系统的实验组成以及各部分的实验条件和作用，并列举实例说明该系统的研究价值和意义。
一、引言超快电子衍射系统是认识超快物理、化学以及生物过程的重要研究工具之一。
自1927年戴维森等人实现电子衍射以来[1-3]，电子衍射以其高时间和空间分辨率的优势迅速发展，为人们认识物质结构和物理化学反应实质做出了巨大的贡献。
目前，电子学探测器响应速度可以实现纳秒或皮秒量级，超短脉冲技术可以实现脉冲宽度为光周期量级的激光脉冲[4]，而脉冲宽度为飞秒的激光脉冲可以用来实现许多超快过程的时间分辨特性测量。
时间分辨能力为皮秒、飞秒量级的电子衍射[5,6]和X射线衍射[7-9]等可以实现对物质物理、化学或生物特性超快反应过程的实时观测，这引起了科学工作者的极大兴趣和关注。
电子衍射较X射线衍射具有以下优点：1) 电子源的成本低，电子束的准直和聚焦比较简单且单色性好2) 物质对电子束的散射能力强，约为X射线的100万倍。
3) 电子衍射强度大，所需要的曝光时间短，既要几秒钟即可超快电子衍射的基本思想：飞秒激光脉冲(266 nm)激发光电阴极产生超快电子脉冲,电子脉冲经过电子光学系统的加速和聚焦，电子束的能量和尺寸别为50 kV、100μm ,加速、聚焦后的电子束能够在X、Y 方向进行二维偏转,这些能量电子轰击晶体样品而产生电子衍射,电子衍射图像经双MCP 倍增后在荧光屏(光纤面板)上显示并由CCD读出记录。
二、超快电子衍射系统近几年来，超快电子衍射已经逐渐发展成为研究微观结构超快动力学的重要研究工具。
从时间分辨反射式电子衍射、时间分辨气相电子衍射和超快电子衍射，逐步发展到超快电子显微镜，充分显示了人们对研究超快物理过程所做出的努力。
UltraCam系列航空摄影测量相机介绍
北京四维空间数码科技有限公司
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目录
Microsoft Vexcel 简介 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
概述.................................................................................................................................................... 39 UltraMap 技术特点 ........................................................................................................................... 40
UltraCamXp WA (wide-angle) 广角大幅面数码航摄仪 .................................................................. 20
概述.................................................................................................................................................... 20 UltraCamXp WA ............................................................................................................................... 21 特性.................................................................................................................................................... 21 UltraCamXp WA 技术参数............................................................................................................... 21 UltraCamXp WA 影像产品展示....................................................................................................... 24
条纹管激光成像雷达水下探测成像研究进展_孙剑峰
第39卷第5期红外与激光工程2010年10月Vol.39No.5Infrared and Laser Engineering Oct.2010条纹管激光成像雷达水下探测成像研究进展孙剑峰1，2,郜键1，2,魏靖松1，2,王骐1，2(1.可调谐激光技术国家级重点实验室，黑龙江哈尔滨150001；2.哈尔滨工业大学光电子技术研究所，黑龙江哈尔滨150001)摘要：条纹管激光成像雷达是一种新型的闪光式激光雷达，具有大视场、高分辨率及高探测灵敏度等特性，可直接给出目标的四维像（三维几何距离像+一维强度像），是目前激光水下三维成像的主要技术之一。
自主研制了一套单狭缝条纹管激光成像雷达，可实现对远距离目标成像和系统集成。
在水质较浑浊的黄海海域，利用此雷达首先完成了若干水下目标探测实验，获得不同深度及不同表面材质的目标条纹像，最大探测深度为5m；其次完成了海表面波成像实验，获得重构后的海表面波四维像，可清晰辨别海面粗糙度及波高变化。
实验结果表明：条纹管激光成像雷达在水下探测、避障及海洋波谱分析等方面有较好的应用前景。
关键词：水下探测；激光雷达；条纹管探测器；蓝绿激光中图分类号：TN249文献标志码：A文章编号：1007-2276(2010)05-0811-04Research development of under-water detection imaging based onstreak tube imaging lidarSUN Jian-feng1，2,GAO Jian1，2,WEI Jing-song1，2,WANG Qi1，2(1.National Key Laboratory of Science and Technology on Tunable Laser,Harbin150001,China;2.Institute of Opto-Electronic of Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China)Abstract:Streak tube imaging lidar(STIL)is a new type flash laser radar,which has the characteristics of wide view field,high space and range resolution,and high detection sensitivity and can directly export the4-D image(3-D range image+1-D intensity image)of target.It is one of the major technologies for under-water laser3-D imaging.A single-slit integrated STIL was self-developed,which could collect the image of far distance target.With the turbid water in the Huanghai Sea,experiments of under-water target detections were finished by the equipment.The target streak images of different depths and different surface materials were obtained,and the maximum detecting depth was5m.Then the imaging experiment of ocean surface wave was finished.Though the4-D image of ocean surface wave,it could be easy to recognize the changes of ocean surface coarseness degree and wave height.The results show that STIL have well prospect of application in under-water detection,evading obstacle and wave spectrum analysis.Key words:Under-water detection;Laser radar;Streak tube detector;Blue-green laser收稿日期：2010-02-28；修订日期：2010-03-19基金项目：国家自然科学基金资助项目(60901046)作者简介：孙剑峰(1978-),男,黑龙江哈尔滨人,博士,主要从事激光成像雷达图像处理、目标识别的研究。
高灵敏度中子照相闪烁屏
高灵敏度中子照相闪烁屏
安福林
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】1997(000)005
【摘要】在低通量中子束条件下进行中子照相时，以及进行动态中子照相时，都要求转换屏具有灵敏度高，速度快的特点，选用合适大小颗粒的ＺｎＳ（Ａｇ），采用富集＾６Ｌｉ，按一定的配经和严格工艺制成的中子照相闪烁屏，在这方面获得了较为满意的结果。
【总页数】1页(P379)
【作者】安福林
【作者单位】清华大学核能技术设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TB867
【相关文献】
1.中子照相转换屏性能的对比测量 [J], 唐彬;宋衍位;夏明;蒋砚伟
2.14 MeV快中子照相用光纤转换屏研究 [J], 吴洋; 霍合勇; 李航; 王胜; 曹超; 孙勇; 尹伟; 刘斌; 唐彬
3.基于ZnO:In纳米棒阵列的X射线闪烁转换屏制备与性能研究 [J], 李乾利; 胡亚华; 马逸凡; 孙志祥; 王敏; 刘小林; 赵景泰; 张志军
4.日本理化学研究所高灵敏度中子照相机研制成功 [J], 那刹
5.一种高灵敏度全天候初始段安全监视系统——电子天空屏 [J], 张纪生;吴平
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条纹相机系统在激光脉冲整形测量中的应用
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳ Ｇ ＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ ． ４，ＮＯ ６ １２ ．
Ｊｎ ｕ ．，２ １ ０２
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ６１ ６ 一 ５ ０ １４ ２ （ ０ ２ ０ —４ １Ｏ
目前 ， 阴极微 波 电子枪 装置 已成 功 出束 ， 获得 了关 于 电子枪 性能 和束 流 品质 的初 步结 果［ 。该课 题 中所采 光 并 １ ］ 用 的激光 源是 奥地利 的 Ｈｉｈ Ｑ Ｌ ｓｒ 司研 制 的单 脉冲输 出的 ｐ 量 级激光 系 统 。光 阴极 微波 电子枪 所 产生 ｇ ａｅ 公 ｓ 的 电子束 的脉 冲宽度 、 值流 强和 能散 等参数 都 与照 射光 阴 极 的激 光脉 冲宽度 密 切相 关 。激 光 脉 冲 的纵 向分 峰
合肥 光源 的光 阴极微 波 电子枪 课题 是 由国家 “ ８ ９ ５工 程 ” 助 ， 资 旨在 使 用 ｐ 乃 至 ｆ 级 的激 光 照 射光 阴 ｓ ｓ量
极， 然后通 过馈 人 电子枪 中的微波 加速 光 阴极所 产生 的 电子柬 ， 最终 产生 低能 散 、 发射 度和 高亮 度 的电子束 。 低
先通 过条 纹管 前端 的输入 狭缝 ， 过一套 光 学聚焦 系 统 ， 脉 冲在条 纹管 的光 阴极上 形成 狭缝 的像 。光 阴极将 经 光 光 脉 冲转换 成在 光强 上对 应 于 ４束 光脉 冲 的电子 束 。然后 ， 电子 束经 过一 对水 平偏转 电极 ， 扫描 电压控 制 的 在
ｉｔ ｎ ｉ ｎ ｓｔ ｅ ｙ ＠
条 纹 相 机 系 统 在 激 光 脉 冲 整 形 测 量 中 的 应 用
捕捉1微秒内的超快现象——高性能条纹相机诞生记
创新风米捕捉！ #$ 肉的超快现象—高性能条纹相机诞生记▲ 5月22日，西安光机所的科研人员对条纹相机的时间分辨特性进行标定(新华社李一博摄）在曰常生活中，超高像素的相机已经十分常见，甚至手机都能拍摄非常清晰的 照片。
但在科研领域，想拍个超短激光脉冲 或者植物的光合作用T 对不起，家用相机已 经无能为力，科学家只能求助于高端科学 仪器。
5月22曰，由中科院西安光学与精密 机械研究所（下称“西安光机所”）承担的国 家重大科研装备研制项目“高性能条纹相机的研制”通过专家组验收，这标志着我国 具有自主知识产权的高性能条纹相机进入 实用化水平。
高端仪器的“皇冠”人类的眼睛只能看到1/24秒之内发 生的事情，任何快于这个时间的过程，人类 都只能助机器。
在， 性能的相机能 拍摄2000张照片，但对广泛存在于自然或科学技术中的超无能为力。
以植物的光合作用为例。
作为地球上 大的能 用过 ， 至 已经 生6枚诺贝尔奖，但对于其机理至今还没有 被研究清楚，为其中的过。
，超大 所 生的脉冲 的化学的分力学过生物材料的荧光发射、激光器 生的超短激光脉冲光与物相互作用物理过程等，都属于超快现象。
这些超快现象对科学研究的重要意义 不言而喻。
“只 过清，科学家能过 ，制朝着对人类有用的方向发展。
”中科院院 士、西安光机所研究员侯洵说。
但要观测、记录和分析这些现象，只能 依赖于高时间分辨的诊断仪器。
“高性能条纹相机是具备能够同时测 量超高时间分辨率（皮秒和飞秒）与高空间12 发明与创新2018.6创$风采分辨率(微米）的唯一高端科学仪器，涉及的仪器 和技术已接近物理极限，代表了当前光电诊断技 术的最高水平。
”西安光机所所长赵卫说。
越是受制于人越要自己做对重大科研装备有所了解的人都知道，越是 尖端的技术，各国就越是要“藏着掖着1。
作为十 分敏感的尖端技术，高性能条纹相机的国际学术 研究成果及器件设备的共享性很低，国外相关的 技术对我国 的封锁，对高性能条纹相机也实行严格的出口管制。
用于激光聚变的X射线条纹相机阴极检测系统
Vo1.47 No.8
红外与激光工程
Infrared and Laser Engineering
201*年 * 月
Aug.2018
X 用 于 激 光 聚 变 的 射 线 条 纹 相 机 阴 极 检 测 系 统
顾 礼 1"2"3,宗 方 柯 ！，2, 李 翔 ！，4, 周 军 兰 ！，杨 勤 劳 ！*，郭 宝 平 1
(1. K e y a b o r a t o r y o f Optoelectronic D e v i c e s a n d S y s t e m s o f M i n istry o f E d u c a t i o n a n d G u a n g d o n g Province, C o l l e g e o f Optoelectronic Engineering, S h e n z h e n University, S h e n z h e n 51*060, China;
Photocathode detection system of X-ray streak camera for laser fusion
Gu Li1’2’3， Zong Fangke1’2， Li Xiang1’4， Zhou Junlan1， Yang Qinlao1' Guo Baoping1
2. College o f Information Engineering, S h e n z h e n University, S h e n z h e n 5 1 * 0 6 0 , China; 3. Photonics R e s e a r c h Centre, S h e n z h e n University, S h e n z h e n 5 1 * 0 6 0 , China;
γ／快中子图像测量系统闪烁体光输出特性的实验研究
γ／快中子图像测量系统闪烁体光输出特性的实验研究祁建敏;章法强;陈进川;李林波;陈定阳【摘要】强脉冲辐射场γ/快中子图像测量系统通常使用闪烁体作为源区信号的转换体。
闪烁体的光输出和光学成像系统对闪烁光的收光效率是确定系统灵敏度及测量动态范围的关键参数。
本文通过研究闪烁体与光敏器件在分离耦合条件下输出信号电流的变化规律，测量了YAG ∶ Ce3＋、ST401、EJ200、EJ260和EJ264等5种无机/塑料闪烁体的相对光输出，研究了耦合距离对光学成像系统收光效率的影响。
结果表明，实验测量闪烁体的相对光输出在不同耦合距离条件下具有很好的一致性，分离耦合时计算光学成像系统的收光效率需考虑闪烁体光输出各向异性的影响。
%In the intense pulsed radiation fields ,the scintillator is generally used as the converter of the γ-ray or fast neutron signals from the source region in an imaging system .The light output characteristic of the scintillator as well as the light collection efficiency of the optic imaging system to the scintillator is the key parameter for determining the system’s sens itivity and dynamic range .The relative light output of five types of inorganic/plastic scintillators such asYAG ∶Ce3+ ,ST401 ,EJ200 ,EJ260 and EJ264 ,was obtained through studying the rule about the output current variation of the scintillator and photon-sensitive instrument in various coupling conditions . T he influence of coupling distance on the light collection efficiency of the optic imaging system was also studied .The results indicate that the measured value of the scintillator light output achieves good consistency in conditions of different coupling distances ,and the anisotropy of scintillating photonemission must be considered to determine the light collection efficiency of the optic imaging system .【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】6页(P715-720)【关键词】γ成像;快中子成像;闪烁体;光输出;收光效率【作者】祁建敏;章法强;陈进川;李林波;陈定阳【作者单位】中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 621900;中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 621900;中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 621900;中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 621900;中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳 621900【正文语种】中文【中图分类】O536强脉冲辐射场[1]γ/快中子图像诊断系统[2]基于针孔/编码孔成像或半影成像原理。
基于LabVIEW的条纹图像处理技术_侯宏录
科技信息SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION2010年第5期0引言条纹相机是超快诊断技术的关键诊断设备之一，在国家基础科学研究以及国防尖端技术研究中具有不可取代的重要作用，它主要应用于核聚变、爆炸物理、光化学、光生物学等尖端科技领域的研究[1]。
它是把超快现象（作用时间<10的过程）过程中产生的光脉冲转换为电子的脉冲经过扫描电路将电子扫描成条纹状图像在像增强器的图像输出屏上，通过对这些条纹图像的分析处理从而得出输入激光重要信息的超快诊断仪器。
这些超快激光的重要参数包括：激光脉冲的能量、激光脉冲的半宽时间、激光脉冲的上升时间、激光脉冲的下降时间和脉冲间距时间。
LabVIEW 是美国国家仪器公司（National Instruments ）推出的一种基于图形化编程语言（Graphical Programming Language ）的软件开发环境。
它具有功能强大、编程灵活、人机界面友好的特点，因而在测量技术和仪器工程科学领域中得到了广泛的应用[2,3]。
分析条纹相机CCD 图像读出系统输出的条纹图像特点后，本文提出了针对条纹图像处理的算法，并在LabVIEW 环境下开发出条纹相机条纹图像处理的应用软件[4,5]。
1条纹图像处理算法条纹相机获取的两条纹典型图像，如图1.1所示。
横向表示时间，纵向表示空间。
图1条纹相机的输出图像图像处理总是去除影响真实信息的因素，通常采用的方法是图像去噪[6,7,8]。
条纹相机像增强器本身的噪声和外界杂光进入CCD 读出系统导致了条纹图像的背景灰度，背景灰度影响激光脉冲强度的精度；另外，为了消除采用单行灰度数据计算时间参数的误差，采用列灰度均值计算时间参数。
激光条纹图像处理需要计算出条纹相机诊断的激光脉冲的关键时间参数包括：激光脉冲的条纹间距[9]、激光脉冲上升时间、激光脉冲下降时间和半高宽时间。
检测出单条纹脉冲的灰度峰值及其对应的横坐标位置是计算时间参数的基础。
基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统的研制
基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统的研制田香凝;马毅超;滕海云
【期刊名称】《核电子学与探测技术》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】针对高能物理实验中高通量、高性能的中子探测需求,本文提出了一种基于CMOS图像传感器的复合型中子照相电子学系统。
该系统采用Kintex-7系列的FPGA作为系统逻辑处理的核心器件,利用SiPM的快响应为CMOS图像传感器提供快门触发,使其对光纤光锥投影的中子光斑进行曝光。
通过SiPM提供的粗位置信息确定CMOS传感器的感兴趣区域,读出数据传输至上位机进行显示与分析。
实验结果表明,该系统中最小像素单元尺寸为28μm×28μm的CMOS传感器能够对孔径为200μm的小孔进行成像,最大偏移为28μm,系统最高计数率为82 kHz,可实现高效率的中子探测。
【总页数】8页(P284-291)
【作者】田香凝;马毅超;滕海云
【作者单位】陕西科技大学;中国科学院高能物理研究所;散裂中子源科学中心【正文语种】中文
【中图分类】TL82;TN791
【相关文献】
1.基于CMOS图像传感器OV7141的计算机图像采集系统
2.基于CMOS数字图像传感器的图像采集系统的设计
3.基于GEM的中子束线监测器电子学系统研制
4.
基于CMOS图像传感器的高帧频相机研制5.基于CMOS图像传感器的高实时远程图像采集系统设计
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时间分辨光谱诊断：条纹相机-streak-camera
条纹相机介绍
前言
在时间分辨光谱的分析仪器中，条纹相机是一种可以同时显示信号的空间信息和时间信息的探测设备。
其超高的（ps 量级）时间分辨能力和可调的时间记录长度，便于在实验中获得绝佳的探测精度和方便灵活的观察视野，从而有效提高实验的效率和可靠性。
基本原理
条纹相机，可以将输入光的时间轴转换成空间轴成像在荧光屏上。
原理如下图：
应用案例
荧光寿命测量
特性
条纹相机的优势是可以快速得到荧光信号，不足是与时间相关单光子计数（TCSPC）一样，只能探测材料中的发射过程（荧光），不能探测吸收过程，这限制了它在材料研究领域的应用。
时间分辨光谱诊断的其它工具
TCSPC、荧光上转换(Fluorescence Upconversion)、瞬态吸收(Transient Absorption) /泵浦探测(Pump-Probe)。
超快x射线原理
超快X射线原理是基于超快激光技术和X射线技术相结合的一种实验方法，用于研究物质的动态过程和结构。
超快X射线实验原理基本步骤如下：
1.激光产生：使用超快激光器，通常是飞秒激光器，产生高能量、短脉冲宽度的激光光束。
2.激光分束：经过光学系统，将激光光束分为两支。
一支作为驱动光束，用于激发物质或产生探测信号；另一支作为参考光束，用于精确测量信号的时序。
3.激发/探测过程：驱动光束通过激发材料，如聚合物、晶体或金属，以激发电子或晶格模式的振动。
这一激发过程可以激发电荷转移、电子自旋翻转、光生载流子等。
4.X射线探测：激发后，物质发生结构或动态变化，产生X射线。
这些X射线以高速逃逸，通过探测器进行接收。
常用的X射线探测器包括X射线荧光屏、CCD 相机、像增强器等。
5.时序重建：通过参考光束测量，可以获得激发和探测信号的时序信息。
通过时序重建，可以确定激发和探测信号的时间差，从而确定物质结构或动态变化的时间尺度。
6.数据分析：将X射线探测到的信号与实验参数联系起来，进行数据分析和重构。
这可以实现对物质结构、材料性质或化学反应动力学等方面的研究。
超快X射线原理的研究可以应用于多个领域，如材料科学、物理化学、生物医学等。
通过在纳秒到飞秒时间尺度下观察物质性质的变化，可以揭示物质内部的微观结构和动态过程，帮助我们更好地理解和控制物质的行为。
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。
实验 结 果 表 明 收 光 效率
。
,
为
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,
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最后 利用
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激 光激 发 闪 烁体 对 光 学 系 统 的 时 间 弥 散 进 行 了粗 略 测 量
。
激 光脉 冲
的 半 宽 度 ! 0 1 2 3 ∀ 近 似为 . 4 ∃ 5
图
.
给 出了 实 验 结 果 其 中左 图 为 条 纹 像 右 图 为 条 纹像 光
#
,
靶室 & 这 样
, ,
,
4;
聚 变 中子 的 飞 行 时 间 展 宽 可 以 忽 略 不 计
,
利 用 消 色 差 光 学 透 镜组 经 过 光学 透镜组采用 Ν 1 Ο =
、
9 左右 的光 路 将 闪 烁 体 成 像 到 靶 室 外 的 条 纹 像 机 的 : 3 ∃
Π
光 阴极 上
、
材 料制 作 利 用 平 板 石 英 玻 璃 作 为 真 空密 封 窗 将 闪 烁 体
。
另 外 注 意 到 使 用 上 并 不要 求光 学 系 统有 很 好 的 像 质 放 弃 了 常 规 光
, ,
、
,
学 设 计 关 于 像 质 方 面 的过 分 追 求 在 基本 不 损 失 时 间 分 辨 透 过 率 和 收 光 效 率 的 前 提 下 降 低 为 了 在 设 计 阶 段 对 系 统 性 能 指 标进 行 正 确 评估 建立 了 计 算 机 辅 助 设 计 程 序 用 于 计 算 和
,
。Hale Waihona Puke 闪 烁 体 靠 近 4 ; 靶 丸 提 高 光 学 镜 组 的 收光 效 率 和 透 过率 等 措 施 外 采 用 制 冷 增 强 ( ( 4 作 为
条纹 像 机 的 图 像 采 集设 备 进 一 步 提 高 了 条 纹像 机 系 统 的 弱 光 探 测 能 力 和 动 态 范 围
,
图 # 为 系 统 基 本组 成 示 意 图
口 8 Τ 八 Μ 已 +
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∃ ∃
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∃ #
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∃ ∀ 丁一 百 百 = 5 时间 ! ∀
−
而,
图
.
时间分辨测 量 实 验结 果
.
讨论
由 塑 料 闪 烁体 光 学 透 镜 组 条 纹 像 机 和 制 冷
、
、
> >?
组 成 的 超 快 脉 冲 中 子 探 测 系 统 的性 能
,
参 数达 到 了 设 计 指标 收 光系 数 超过
、 、
组成 的 超快脉 冲 中子探 测 系统 其 时 间 响应 5
: 中子产 额 为 一 # ∃
。
2
6 ∃
,
7
。
闪 烁体 与靶 丸 的最短距 离可 达
9
,
测 量下 限
关 键词
惯 性 约 束 聚 变 中子 探 测 器 条 纹像机 光线 追迹
,
,
#
引
在∋ (
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言
实验 中
、
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4 ; !或 4 4 & 靶 丸 被 压 缩
。
入
#
Ε
靶丸
Θ
3
Ε
6Μ
鼻锥
Θ Θ
%
Ε
闪 烁体 , 2 透 镜 组
Ε
Ε
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图
Ε
#
系 统 组 成示 意 图
Θ
Θ
:
伸缩 机构
((4
∀
Ε
平板玻璃 窗
Θ
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Ε
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Θ
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Ε
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Θ
Κ
Ε
狭缝
Θ
#。
Ε
条纹
像机 输入 光 学 系 统
##
Θ 3 条 纹 像机 #
Ε
制冷
对 于 光 学 镜 组 影 响 系 统 性 能 的主要 指 标为 时 间 弥 散 透过 率 和 收 光 系 数
下 力 求较 大 的 收光 系 数
增 加 还 会 增 加 时间 弥 散
系 统 复 杂程 度 和 造 价
。
。
为 了 控 制 时间 弥散 需 采用 消色 差 技 术 而 消像 差 !含 色差 & 的结 果 往
, , ,
,
往 导 致 玻 璃介 质 总 厚 度 及 界 面 数 的 增 加 这 不利 于 提 高 透 过 率 和 收 光 系 数 同 时 介 质 总 厚 度 的
.∗
(
性 能测定
为 了 测 定 光 学 系 统 的 透 过 率 和 收光 系 数 首 先 在 暗 室 内 利 用
,
氖 灯 光 源 ! 直流 光 源 ∀ 代替 闪 烁体 进 行 了 实 验 氛灯 光源 的光 谱 与 闪 烁 体发 光 光 谱相 近
,
。
另外
,
利 用 脉 冲 & 射线 激 发 闪 烁 体 同 样对 透过 率 和 收 光 系 数 进行 了测 量
6Μ
,
7 适合 于 测 量 # ∃ 6
为 了 屏 蔽 来 自靶 丸 的
。
射 线 散射 光 和 靶 碎 片 等 利 用
,
。
,
鼻锥 在 闪 烁 体 的 前
3
8
端 和 侧 面构 成 6 Μ 屏 蔽 层
光
Ι
0
6Μ
鼻 锥 的前 端 面直 径 为 3 9 9 ∃
可 以 伸 至 距 离 靶丸
。
9 处 !对 于 神
,
,
,
调 整 光 学 系统 的 物理 参 数 诸 如 收 光 系 数 时 间弥 散 像 的位 置 像面 光 强 分 布 等
, , , ,
、
、
、
。
利 用 蒙特 卡
。
罗 法 抽 样 并 跟 踪 每 一 条 光 线 分 别 计 算 其与 像 面 的交 点 位 置 及 光 程 参 数 统 计 结 果 列 于 表 #
第八 届 全 国 光 电技术 与 系 统学 术会 议论 文专 辑
沙
山 下 虫 不 山
幽幽
幽
台
,
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红 外 光 学 弱 光技 术
及应 用
先 带 带 举 带带
带带 带 带 带 带 带 带 带 带 带戒
用 于 超快 脉 冲 中 子 测 量 的 条纹 像 机 系 统
杨 伦 王根兴 温树 朱 华 刘 礼 唐正元 杨洪 郭 芝 槐 启 忠 建 琼 玉
, ,
。
9 的范 围 内 像 斑 直 径 几 乎 不
变 这 一 特性 有 利 于 条 纹 像 机 的 对 焦
,
。
表
3:
#
光学 系统 性能指 标 计 算结 果 数 计算 结果 果
∗ + ,,
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参
3∃
勺 ∀目 !口
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亚 基 频 光 打 靶 实验
中 预 计 中子 产 额 可 达
、
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3
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2
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,
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7 6
。
我 们 利 用 快 塑 料 闪 烁 体 光 学 透 镜 组 和 可 见 光 皮 秒 条纹 像 机 组 成 了 中 子 探 测 系 统 其
7 6 可 用 于 测 量产 额 为 >
,
,
统 时 间分 辨 但 该 实 验 定 性 表 明 系统 时 间 性 能 满 足 使 用 要 求 进 一 步的 实 验 将 利 用 半 宽 度 小 于
,
。
675
的 & 射 线 脉 冲对 系 统 时 间 特 性进 行 精确 测 量
。
激 光 与 光 电子 学 进 展 !增 刊 &
#Κ ΚΚ
年第
Κ
期
−: ∃ − ∃
, ,
,
,
强 的 时 间 分 布 拟 合 所得 的 闪 烁 体 发 光 衰 减 常 数 及 由条 纹 像 光 强 分 布 上 升 沿 推 出 的 激 光 脉 冲
信号 时 间 分 布 〔
#一
叼
。
可 见 最 后 得 到 的 信号 半宽 度 ! 0 1 2 3 ∀ 约 为 . 4 与 激 光 源 宽 相 当 说 明 ∃ 5
图
3
给 出了 像 质 及 像差 情 况 从 全 像 斑 图可 以 看 出 像 面 亮 度 均 匀 性 而 物 面 轴 点和 边缘 点 的像
, ,
。
斑 则 综 合反 映 了 像 差 情 况
第八 届 全 国光 电技 术 与 系 统学 术 会议论文 专 辑
图
3
光学 系 统 像斑 计 算 结果 !尺 寸 标 注 单位 为 9 9 &
。
、
加热 到 高 温 高密 度 状 态 而 发 生 热 核 聚 变 反 应 释
,
,
。
放出
射 线 高 能 带 电粒 子 和 中子 等
, ,
希 望测 量 聚 变 反 应 的 时 间 过 程 !燃 烧 历 史 & 它 能 表 征 靶
#∃
=
丸 的 内 爆 和 流 体 动 力学 特性 并 且 能 反 映 我 们 对 激 光 与 靶之 间能 量 输 运 进行 模 拟 的精 度 神 光