大动态范围扫描变像管的理论与实验研究

摘要

扫描变像管的动态范围与时间分辨率是互相矛盾的,本论文的目标就是研制一种在保持较高时间分辨率的同时,具有大动态范围的扫描变像管,为惯性约束核聚变等超快过程诊断提供有力的工具.分析了影响变像管时间响应特性的各种因素,诸如光电子初能量弥散;渡越时间弥散等,以及影响变像管动态范围的诸多非线性因素,如空间电荷效应对光电发射的影响;光电阴极发射电子脉冲的过渡过程;荧光屏的电流饱和效应等.提出了全面优化的设计方针,确定了以时间-空间调制传递函数为评价原则,以Monte-Carlo方法为计算手段的设计路线.在对影响时间分辨率和动态范围的共同物理机制——空间电荷效应进行重点分析基础上,放弃通常的轴对称的电子光学系统,采用特殊设计的平面聚焦的电子光学柱透镜,缩短聚焦区域的轴向尺寸,同时适当增大极间电压,减小了光电子在聚焦区域的渡越时间,从而抑制空间电荷效应的作用,进而改善动态范围.本扫描变像管的显著特点是尺寸小,结构紧凑.管子全长190mm,聚焦区长度65mm,偏转灵敏度40mm/kV,时间畸变小.其理论设计时间分辨率300fs,静态空间分辨率大于60lp/mm.在电子光学设计的基础上,完成了大动态范围扫描变像管的结构设计和机械加工,研制出了大动态范围扫描变像管.并进行了静态实验,得出比较理想的实验结果.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2变像管概述

1.2.1变像管的一般原理

1.2.2变像管高速摄影相机的特点

1.2.3扫描变像管的原理

1.3变像管的发展及现状

1.4本文的研究内容及安排

第二章扫描变像管的设计理论

2.1扫描变像管的时间分辨特性

2.1.1扫描变像管时间分辨率的定义

2.1.2扫描变像管时间分辨率的分析

2.2扫描变像管的偏转系统

2.2.1偏转灵敏度

2.2.2偏转解聚

2.3扫描变像管的最小可探测能量密度

2.4离散空间电荷效应

2.4.1空间电荷场

2.4.2扫描变像管中的空间电荷效应

2.4.3结论

2.5影响扫描变像管动态范围的因素分析

2.5.1空间电荷效应对光电流密度的影响

2.5.2光电阴极面发射电子过渡过程的分析

2.5.3荧光屏的电流饱和效应

2.5.4结论

第三章大动态范围扫描变像管的设计

3.1电子光学系统的设计理论

3.1.1电场计算

3.1.2电子轨迹的计算

3.1.3电子光学传递函数

3.2大动态范围扫描变像管的设计原则

3.3大动态范围扫描变像管的设计方法

3.3.1宽电子束成像系统的设计方法

3.3.2扫描变像管的设计方法

3.4大动态范围扫描变像管的电子光学系统

3.4.1大动态范围扫描变像管的电子光学结构

3.4.2空间响应特性

3.4.3时间响应特性

3.4.4偏转系统

3.4.5结论

第四章大动态范围扫描变像管的研制及测试实验结果分析

4.1大动态范围扫描变像管的研制

4.1.1真空光具作中的模拟实验

4.1.2扫描变像管样管的研制

4.2测试实验及结果分析

第五章总结

5.1全文总结

5.2下一步工作设想

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况

致谢