超高速光电分幅（扫描）幅摄影系统【合作研发】

技术简介

研制了超高速光电分幅（扫描）相机系统，是爆轰波与冲击波物理、等离子体物理、加速器物理、惯性约束聚变（ICF）、激光与物质相互作用、高电压等研究领域中获取动态物理过程图像和参数的重要测试手段，可满足超快速物理过程测量的高时间分辨要求。

超高速光电分幅相机系统采用高精度低像差光学分幅，高精度延时加超快门选通MCP轮替曝光，CCD图像数据采集的总体设计，实现了1600×1200大画幅的2×108 幅/s高速分幅摄影；采用优化电路设计、光电隔离等措施，实现了低阻抗超快门选通型像增强器10 ns高速开门时间，并解决了整机系统的电磁干扰等技术难题。研制的相机打破了国外垄断和禁运，对提高我国超高速光电分幅相机的自主研发能力及核心竞争力具有重要意义。

变像管扫描相机由光学输入系统、变像管、多路高压电源、扫描组件、显示控制系统和图像采集与处理系统等部分组成，狭缝截取一维入射光通过第一透镜组成像至变像管的光阴极。变像管由多路高压直流电源模块供电，其光阴极被光照射后激发出光电子。光电子通过网电极和聚集极后进入偏转板区域，此时扫描组件产生的扫描斜坡电压到达偏转板，将光电子沿垂直于狭缝方向扫开。被偏转后的光电子经MCP倍增后轰击荧光屏成像，一维光信息随时间变化的过程被呈现在荧光屏上。由CCD相机将荧光屏上的图像记录并存储下来。

技术特点

目前，国外最先进的光电分幅高速相机是美国DRS技术公司、英国Specialised Imaging公司及德国COOKE公司生产的相机，HSFC-PRO光电分幅相机和SID、SIM系列光电分幅相机代表了当今世界的先进水平。

我们研制的超高速光电分幅相机像素数、摄影频率、动态空间分辨率是目前国内光电分幅相机中最高的，同时像素数也是国际上光电分幅相机中最大的。动态分辨率也达到了同类设备的先进水平。该相机已成功应用于激光与物质相互作用、爆轰过程、高压放电钨丝发光动态过程等方面的实验，获取了激光驱动飞片瞬态过程、炸药爆炸过程、壳体膨胀断裂、高压放电、LIA电子束束斑变化过程等清晰的动态实验图像。

该相机属国内领先、国际先进，与美、英当前生产的超高速光电分幅相机技术处于同一水平。但在强电磁环境中使用该类相机时，在抗电磁干扰研究上，本项目建立的超高速光电分幅相机则处于国际领先水平。

技术指标

超高速光电分幅摄影系统主要技术指标：
a) 记录幅数：8 幅；
b) 光谱响应：400 nm～800 nm；
c) 像增强器光阴极直径：Φ18 mm；
d) 画幅像素数：1600×1200；
e) 像面空间分辨率：36 mm-1；
f) 摄影频率：2×108 幅/s；
g) 曝光时间：10 ns、20 ns、30 ns、50 ns、100 ns分档可调；
h) 图像间隔：1 ns～400 µs,以1 ns间隔可调；
i) 同步控制精度：≤图像间隔×10%。超高速光电扫描摄影系统主要技术指标：
a) 光谱响应范围：420 nm～800 nm；
b) 输入狭缝宽度：0.01 mm～1.0 mm可调；
c) 输入狭缝长度：15 mm；
d) 扫描管光阴极直径：Φ6 mm；
e) 扫描管荧光屏直径：Φ18 mm；
f) 静态空间分辨率（光阴极）：≥25 lp/mm（中心）；
g) 最好时间分辨率：≤10 ps；
h) 扫描线性度：±5%；
i) 记录时间：1 ns～1 μs按多档可调；
j) 触发方式：外触发，外触发信号为TTL电信号或光信号（可选），上升边沿触发；
k) 采用工控机控制相机及图像采集。

技术水平

国际先进

应用领域和范围

爆轰与冲击波物理、等离子体物理、加速器物理等研究领域

专利状态

已取得专利7项

技术状态

小批量生产、工程应用阶段

合作方式

合作开发

投入需求

2000万元