大探测面积超小型条纹相机的研究
发布时间：2023-03-02 20:03
条纹相机集超高时间分辨、高空间分辨和光谱分辨于一体,在光物理、光化学、医学及生命科学等基础前沿研究领域和激光成像雷达、惯性约束聚变等国家战略技术研究中都是不可或缺的超快诊断仪器。然而,目前条纹相机的设计大都集中于提高时间分辨率,存在阴极有效工作面积小且体积较大、较为笨重等不足。本论文成功设计并研制了一种超小型的条纹相机,能够在实现较大的阴极有效探测面积的同时保证较高的空间分辨率及皮秒级时间分辨率。本论文结合有限积分法、粒子模拟法、蒙特卡洛法等对超小型条纹管进行了数值模拟设计,并引入了正交试验法,有效提高了设计效率,且有助于了解系统各个部分对总体性能的影响情况,为条纹管的优化设计提供指导。本论文设计了一种具有国际先进水平的大探测面积超小型条纹管,所设计条纹管采用球面阴极与球面荧光屏结合的方案来减小边缘像差与时间畸变,在增大条纹管探测面积的同时保证了成像空间分辨率;采用无栅网结构,减小阴栅打火几率,提升条纹管的稳定性和可靠性;在聚焦极前引入一辅助聚焦电极以增加条纹管可调节性,同时弥补无栅网配置导致的时间分辨率降低的缺点,确保了条纹管皮秒级的时间分辨率;偏转器采用倾斜梯形结构,减小偏转板边缘...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 条纹相机
1.2.1 工作原理
1.2.2 条纹相机的应用
1.2.3 发展历史与研究现状
1.3 大探测面积超小型条纹相机的研究意义及需求
1.4 论文的主要研究内容
第2章 条纹管设计的理论基础
2.1 条纹管的设计方法与过程
2.2 条纹管设计的电子光学基础
2.2.1 电磁场的基本理论
2.2.2 电子运行轨迹的数值计算
2.3 条纹管的性能评价体系
2.3.1 时间响应特性及影响因素
2.3.2 空间分辨率
2.3.3 调制传递函数
2.3.4 时间畸变
2.3.5 条纹管其他技术参数
2.4 本章小节
第3章 大探测面积超小型条纹管的电子光学设计
3.1 计算机辅助设计方法
3.2 条纹管的总体设计方案
3.2.1 设计指标
3.2.2 条纹管的管型确定
3.3 条纹管模型建立与电气参数设计
3.3.1 模型建立
3.3.2 光电发射模型
3.3.3 正交试验设计法确定电气参数
3.3.4 总体设计结果
3.4 静态特性的计算
3.4.1 物理时间分辨率
3.4.2 静态空间分辨率
3.4.3 放大倍率
3.4.4 阴极有效工作面积
3.5 动态特性的计算
3.5.1 偏转板特性分析
3.5.2 扫描信号的定义
3.5.3 动态时间分辨率
3.5.4 动态空间分辨率
3.6 狭缝成像模拟
3.6.1 静态模式下的狭缝像
3.6.2 偏转模式下的狭缝像
3.6.3 全动态模式下的狭缝成像
3.7 本章小节
第4章 大探测面积超小型条纹管像差与时间畸变研究
4.1 像差研究
4.2 时间畸变
4.2.1 时间畸变的理论计算
4.2.2 超小型条纹管的轴向电场分布
4.2.3 阴极曲率半径对时间畸变的影响
4.2.4 初始能量对时间畸变的影响
4.2.5 不同时间畸变对应狭缝扫描像
4.3 本章小节
第5章 大探测面积超小型条纹管的研制与实验测试
5.1 条纹管的制作
5.1.1 结构设计
5.1.2 光电阴极的制作
5.1.3 荧光屏的制作
5.1.4 条纹管的装配与检漏
5.2 初步静态模拟实验
5.2.1 电子光学系统内的静态特性测试
5.2.2 平行光管内的静态测试
5.3 静态性能的测试
5.3.1 测试平台与方案
5.3.2 测试结果及分析
5.4 动态测试方案设计
5.5 本章小节
第6章 大探测面积超小条纹相机的应用研究
6.1 条纹管在激光成像雷达中的应用方案设计
6.1.1 条纹管激光成像雷达的工作原理
6.1.2 条纹管激光成像雷达的实验方案
6.1.3 系统各模块功能
6.2 条纹管激光成像雷达分辨率
6.2.1 空间分辨率
6.2.2 距离分辨率
6.3 回波响应功率计算
6.4 本章小节
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3752543
【文章页数】：132 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 条纹相机
1.2.1 工作原理
1.2.2 条纹相机的应用
1.2.3 发展历史与研究现状
1.3 大探测面积超小型条纹相机的研究意义及需求
1.4 论文的主要研究内容
第2章 条纹管设计的理论基础
2.1 条纹管的设计方法与过程
2.2 条纹管设计的电子光学基础
2.2.1 电磁场的基本理论
2.2.2 电子运行轨迹的数值计算
2.3 条纹管的性能评价体系
2.3.1 时间响应特性及影响因素
2.3.2 空间分辨率
2.3.3 调制传递函数
2.3.4 时间畸变
2.3.5 条纹管其他技术参数
2.4 本章小节
第3章 大探测面积超小型条纹管的电子光学设计
3.1 计算机辅助设计方法
3.2 条纹管的总体设计方案
3.2.1 设计指标
3.2.2 条纹管的管型确定
3.3 条纹管模型建立与电气参数设计
3.3.1 模型建立
3.3.2 光电发射模型
3.3.3 正交试验设计法确定电气参数
3.3.4 总体设计结果
3.4 静态特性的计算
3.4.1 物理时间分辨率
3.4.2 静态空间分辨率
3.4.3 放大倍率
3.4.4 阴极有效工作面积
3.5 动态特性的计算
3.5.1 偏转板特性分析
3.5.2 扫描信号的定义
3.5.3 动态时间分辨率
3.5.4 动态空间分辨率
3.6 狭缝成像模拟
3.6.1 静态模式下的狭缝像
3.6.2 偏转模式下的狭缝像
3.6.3 全动态模式下的狭缝成像
3.7 本章小节
第4章 大探测面积超小型条纹管像差与时间畸变研究
4.1 像差研究
4.2 时间畸变
4.2.1 时间畸变的理论计算
4.2.2 超小型条纹管的轴向电场分布
4.2.3 阴极曲率半径对时间畸变的影响
4.2.4 初始能量对时间畸变的影响
4.2.5 不同时间畸变对应狭缝扫描像
4.3 本章小节
第5章 大探测面积超小型条纹管的研制与实验测试
5.1 条纹管的制作
5.1.1 结构设计
5.1.2 光电阴极的制作
5.1.3 荧光屏的制作
5.1.4 条纹管的装配与检漏
5.2 初步静态模拟实验
5.2.1 电子光学系统内的静态特性测试
5.2.2 平行光管内的静态测试
5.3 静态性能的测试
5.3.1 测试平台与方案
5.3.2 测试结果及分析
5.4 动态测试方案设计
5.5 本章小节
第6章 大探测面积超小条纹相机的应用研究
6.1 条纹管在激光成像雷达中的应用方案设计
6.1.1 条纹管激光成像雷达的工作原理
6.1.2 条纹管激光成像雷达的实验方案
6.1.3 系统各模块功能
6.2 条纹管激光成像雷达分辨率
6.2.1 空间分辨率
6.2.2 距离分辨率
6.3 回波响应功率计算
6.4 本章小节
第7章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
本文编号：3752543
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