X光条纹相机扫描电路的研制

摘要

X射线条纹相机作为一种高时空分辨率的诊断设备被广泛应用于超快诊断领域。在激光聚变实验中,X射线携带有其中许多物理过程的重要信息;并且激光聚变实验时间尺度小(纳秒量级)、空间尺度小(百微米量级)。因此利用X射线条纹相机对X射线进行诊断显得尤为重要。随着实验的深入,需要更高性能的诊断设备来更加细致的分析激光聚变复杂的物理过程。扫描电路通过使电子束在垂直方向上随时间线性偏转,从而使条纹相机获得了将时间信息转换为空间信息存储的能力。提升扫描电压的斜率能够提高扫描速度,从而提高条纹相机的时间分辨率。此外,分析扫描电路的工作原理有助于条纹相机的适应性调整;分析扫描脉冲波形质量对测量结果的影响有利于误差分析。为了提升现有扫描电路性能,本文设计并制作了一个基于雪崩三极管的高速扫描电路,主要工作内容如下:
　　1.分析了影响条纹相机时间分辨率的因素,指出提升扫描速度是最可能的提高时间分辨率的途径,而提升扫描速度依赖于提升扫描电压的斜率。
　　2.建立了RLC等效电路,分析各个设计参数与扫描电压波形的关系。
　　3.建立一维模型来描述雪崩三极管中因雪崩倍增效应而急速增长的电流引发二次击穿导通的过程。
　　4.选取雪崩三极管ZetexFMMT417作为核心器件,设计制作了扫描电路,面积仅为现有扫描电路的一半。
　　5.搭建测试平台。首先是利用示波器对制作的扫描电路的输出幅值、边沿、触发阈值、延迟进行测试,与现有扫描电路3ns档比较,有两点明显改进:延迟降低了12ns;降低了欠冲(或者过冲)的影响,消除了“回扫”问题。然后搭载条纹相机对扫描速度和扫描非线性进行了测试,取得了优秀的结果:扫描非线性为1.95％,扫描速度为61.4ps/mm。

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第一章 绪 论

1.1 激光驱动惯性约束聚变简介

1.2 X光条纹相机简介

1.3 条纹相机的时间分辨率

1.4 条纹相机偏转系统

1.5 扫描电路性能指标

1.6 扫描电路研究状况概述

1.7 论文研究内容

第二章 高速扫描电路原理

2.1 斜坡电压产生原理

2.2 固态开关器件简介

2.3 雪崩晶体管的静态特性

2.4 雪崩三极管中的二次击穿

2.5 雪崩晶体管的常见应用

2.6 本章小结

第三章 基于雪崩三极管的高速扫描电路的设计与制作

3.1 雪崩三极管的选择

3.2 隔离电路的设计

3.3 RLC参数的设计

3.4 高速扫描电路的整体设计

3.5 高速扫描电路的制作

3.6 本章小结

第四章 高速扫描电路的测试

4.1 幅值与边沿的测试

4.2 触发阈值、延时、抖动的测试

4.3 扫描线性区的测试

4.4 双聚焦六电极型条纹相机简介

4.5 搭载条纹相机测试实验布局

4.6 偏转灵敏度的测量

4.7 扫描速度与扫描非线性的测量

4.8 本章小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果