条纹相机 (变像管扫描相机,streak camera) 介绍

1、条纹相机介绍一 原理1. 基本原理条纹相机又称为变像管扫描相机，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：2. 条纹管结构条纹相机的核心部件是条纹管。下图为条纹管的内部结构（图中second deflection plate没有使用，故电压为0）：SC-10条纹相机的狭缝是水平放置的，与条纹管部的光阴极平行。常用的第一扫描单元(如TSU11-10, TSU12-10, SSU11-10)扫描方向是垂直方向(从下至上)。狭缝长度015mm可调，狭缝宽度10m至3mm可调。条纹管的荧光屏上时间轴的长度为20mm。3. 信号转化过程条纹相机中信号的转化，如下图：入射光经过狭缝并由透

2、镜聚焦在条纹管的阴极上，激发出的光电子通过网状阳极加速，入射到偏转场中的电极间，此时电压加在偏转电极上，光电子被电场偏转，激射荧光屏，以光信号的形式成像在荧光屏上。转换后的光信号还可以再通过图像增强器进行能量放大，并在图像增强器的荧光屏上成像。最后通过CCD相机采集荧光屏上信号。因为电子的偏转与其承受的偏转电场成正比，因此，通过电极的时间差就可以作为荧光屏上条纹成相的位置差被记录下来，也就是将入射光的时间轴转换成了荧光屏空间轴。触发扫描启动之前要接收到电触发信号，并且触发信号要先于被测信号到达条纹相机，因此，条纹相机在使用时需要一定的延时。同时，调节延时也便于将信号调至扫描电场线性度的最佳位置

3、(显示屏的中央)。对于同步扫描单元(SSU11-10)而言，通过相移来调节信号在显示屏上的位置。图解如下： 对扫描单元而言，同一次触发扫描可以输入多个脉冲信号。要实现这个功能，如果触发信号是由被测信号(或与被测信号同步的电信号)提供的，那么需要将被测信号的频率降低 (分频) 后再为扫描单元提供触发。在此情况下，触发信号的频率也要在扫描单元的档位允许的频率范围内。同一次触发扫描测得的脉冲的数量除了受扫描速度、脉宽、脉冲间隔限制外，还主要与条纹管荧光屏的尺寸有关。SC-10条纹管的荧光屏的尺寸是20mm。单元扫描有single shot模式和repetitive模式。Single shot模式下，

4、时间分辨率最好，此模式下CCD相机的帧速与触发信号同步，即CCD拍一幅图对应一次扫描。Single shot允许的触发信号频率不能高于CCD相机的帧频与扫描档位允许的频率二者之间的最小值。Repetitive模式下，CCD每拍一次对应多次的扫描，即每个脉冲条纹信号都是多次扫描的叠加，因此抖动(Jitter)的影响比较明显，时间分辨率会降低。二SC-10配置介绍条纹相机系统主要由以下几部分组成：输入单元（Input Optics）主体系统（Main Unit）扫描单元（Sweep Unit）读出相机（Readout Camera）软件（Software）电脑（PC）SC-10条纹相机实物图（未显

5、示电脑和软件）1. 输入单元输入单元有两种可选IOV-10和IOU-10。IOV-10灵敏度范围350-950nm；IOU-10灵敏度范围200-850nm。每个输入单元的放大倍率均为1/2。这两个输入单元主要用于可见光或比可见光略大的范围，不适用于X-ray。2. 主体系统主体系统包括了控制板(control pad)和图象增强器（Image Intensifier Unit）。标准配置中，主体系统也包括快门(shutter)。条纹管的放大倍率是2，因此8mm的光阴极成像到荧光屏上就是16mm。3. 扫描单元扫描单元，主要有三种可选：快触发扫描单元TSU11-10、慢触发扫描单元TSU12-

6、10、同步扫描单元SSU11-10。TSU11-10的最高时间分辨率是2ps，抖动(jitter)<5ps；TSU12-10的最高时间分辨率是50ps，抖动<50ps；SSU11-10的最高时间分辨率是2ps (包含抖动)。选择SSU11-10时，可同时选取同步回扫消隐单元SBU21-10，以消除可能存在的干扰，提高检测信号的质量。SBU21-10是选择SSU11-10之后的可选件。扫描档位的时间基数=扫描速度×20mm。20mm为荧光屏时间轴的尺寸。各扫描单元的扫描频率不同。扫描频率可以认为是允许输入的触发频率。TSU11-10的扫描频率范围是0-2.5kHz；TSU1

7、2-10可达到4MHz，但注意各档位允许的扫描频率不尽相同；SSU11-10的扫描频率是固定的，根据客户的激光器情况，可在40-150MHz之间设定，允许的频率误差在±200kHz。关于扫描单元的详细参数请查看厂家的资料。4. 读出相机读出相机有两种可选SCRU-SE-A和ANIMA-PX/25。前者是透镜聚焦，后者采用光纤锥将信号送达CCD表面(上图的readout是ANIMA-PX/25)。二者的灵敏度都很高。相比较而言，SCRU-SE-A的成像质量略好一些，图像处理较灵活(部分读取模式，binning模式)。5. 软件条纹相机采用统一的软件。软件信号采集和处理界面如下：6. 电脑电脑的操作新系统为英文版的Windows XP，安装图像采集卡(frame grabber)和条纹相机软件。一般厂家标配，便于出厂测试。7. 其它除以上主要配置外，在不同情况下可能会用到以下组件。1）延时单元TRRC1：电信号延时单元，范围0-63.75ns，最小延时3ns。常备件。2）LJPD+LJPG：低抖动光电管和脉冲发生器。采用TSU11-10实现光学同步触发组建实验时，常用到。光学同步触发相对于预触发，可以减少抖动(jitter)。一般预触发抖动高于20ps，光学同步触发抖动在