电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机技术

本发明专利技术提供了电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机，电子脉冲时域展宽器包括：微带阴极，微带阴极设置在真空室的入口内，微带阴极加负直流偏置电压，且微带阴极上设置有阻抗渐变线；阳极栅网，阳极栅网设置在微带阴极的后方，用于使微带阴极发出的光电子经阳极栅网加速后在真空室内漂移；斜坡高压射频脉冲发生器，斜坡高压射频脉冲发生器与微带阴极或阳极栅网电性连接，用于使微带阴极或阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲。该电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机能够对电子脉冲的时域进行展宽，具有较为简易的结构，并且电子脉冲的时间展宽倍率可调，还可以实现阴极输入面上电子脉冲的一致展宽。

Time domain broadening device, broadening method and X ray frame camera

The present invention provides an electronic pulse broadening method of time-domain stretcher, and X of X-ray framing camera, electronic pulse stretcher comprises a microstrip microstrip cathode, cathode is arranged at the entrance of the vacuum chamber, the cathode microstrip plus negative DC bias voltage, and the cathode is arranged on the microstrip line characteristic impedance; anode grid and anode grid set in the microstrip cathode rear, for Microstrip from the cathode anode grid by optoelectronic acceleration in vacuum chamber slope drift; high voltage radio frequency pulse generator, high voltage pulse generator and RF slope microstrip cathode or anode grid is electrically connected to the microstrip cathode or anode grid superimposed on the slope of high frequency pulse. The electronic pulse broadening method of time-domain stretcher, and X X-ray framing camera capable of electronic pulse broadening on the time domain, has simple structure, and time adjustable electronic pulse broadening factor, can also realize the cathode on the input plane of the electron pulse broadening line.

【技术实现步骤摘要】
电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机
本专利技术涉及电子成像
，具体而言，涉及电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机。
技术介绍
X射线分幅相机通过变像管实现图像的光电转换、脉冲选通与图像增强，是研究亚纳秒时间范围内瞬变现象的主要工具。其借助光电阴极来实现波长转换，所以具有较宽的波长响应范围，可覆盖从紫外光到X射线区段。其利用微通道板实现光电子信号的倍增，故具有很高的灵敏度。尤其是20世纪90年代以来，采用MCP行波选通技术使分幅相机的时间分辨率得以显著提升，因此广泛应用于X射线激光、惯性约束核聚变(ICF)、Z-箍缩以及强场物理等重大研究领域中。如图1所示，基于MCP选通的分幅相机包括目标01、针孔板02、选通电脉冲03、MCP04和荧光屏05，工作原理是将被拍摄的等离子体经光学系统成像于MCP输入面的光阴极微带上。若选通脉冲未加在光阴极微带时，该光阴极上的图像将被MCP吸收，则荧光屏上无图像输出。当选通脉冲加至微带阴极上时，该光阴极上产生的光电子将被MCP倍增，并轰击荧光屏输出可见光图像。目前，实用化分幅相机的曝光时间可达～60ps。随着ICF研究的深入以及光物理、光化学、光生物学等学科的迅速发展，对超快诊断技术和设备的要求又不断提高。在对等离子体拍摄时，为避免图像的动态模糊，要求相机的曝光时间小于40ps。采用薄的MCP，行波选通分幅相机时间分辨最高可达35ps。而薄MCP比较脆弱，所得图像信噪比也较差，无法满足实际需求。进一步研究表明，影响分幅相机时间分辨的主要因素包括：MCP中电子的渡越时间、渡越时间弥散以及选通脉冲宽度等。其中电子渡越时间弥散决定了分幅相机的极限时间分辨率。于是，人们又提出以无增益MCP代替有增益MCP研制X射线分幅相机。但同样存在信噪比低，难以实用的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了电子脉冲时域展宽器、展宽方法及X射线分幅相机。该电子脉冲的时域展宽器具有较为简易的结构，并且电子脉冲的时间展宽倍率可调，还可以实现阴极输入面上电子脉冲的一致展宽。具体地，其技术方案如下：一种电子脉冲时域展宽器，包括：微带阴极，所述微带阴极设置在所述真空室的入口内，所述微带阴极加负直流偏置电压，且所述微带阴极上设置有阻抗渐变线；阳极栅网，所述阳极栅网设置在所述微带阴极的后方，用于使所述微带阴极发出的光电子经所述阳极栅网加速后在所述真空室内漂移；斜坡高压射频脉冲发生器，所述斜坡高压射频脉冲发生器与所述微带阴极或所述阳极栅网电性连接，用于使所述微带阴极或所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲。作为对技术方案的改进，所述电子脉冲时域展宽器还包括石英窗口、管法兰、压环和电路板，所述石英窗口设置在管法兰的入口且封住所述管法兰的入口，所述微带阴极位于所述管法兰的入口内，所述微带阴极的两端分别一体地设置有所述阻抗渐变线，所述阻抗渐变线固定在所述电路板上，所述电路板固定在所述管法兰上，所述阳极栅网通过所述压环与所述微带阴极间隔设置。作为对技术方案的改进，所述电路板为高频PCB电路板。作为对技术方案的改进，所述微带阴极为薄膜结构，所述微带阴极的表面设置有镀金层。作为对技术方案的改进，所述斜坡高压射频脉冲发生器中的斜坡高压射频脉冲产生电路为由雪崩三极管组成的MARXBANK电路。作为对技术方案的改进，所述电路板上设置有用于连接所述斜坡高压射频脉冲发生器的射频连接器插头，所述微带阴极两端的所述阻抗渐变线的阻值渐变范围分别为50～17Ω与17～50Ω。作为对技术方案的改进，所述微带阴极的两端被同时加载相同的所述斜坡高压射频脉冲。作为对技术方案的改进，所述阳极栅网与所述斜坡高压射频脉冲发生器电性连接，用于使所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲，所述微带阴极接地。一种电子脉冲时域展宽方法，使用前述技术方案任一项所述的电子脉冲时域展宽器，将入射的X射线照射在所述微带阴极上，使所述微带阴极音外光电效应而产生光电子，在所述微带阴极加负直流偏置电压，并使所述微带阴极或所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲，且X射线同步在所述斜坡高压射频脉冲的上升沿，进而使先发射的所述光电子较后面的所述光电子获得更大的能量，从而使得前面的所述光电子速度更快，通过所述阳极栅网后一段渡越漂移空间之后，电子脉冲的时域宽度被展宽，从而实现电子脉冲的时间放大。一种X射线分幅相机，具有前述技术方案任一项所述的电子脉冲时域展宽器。本专利技术至少具有以下有益效果：根据本专利技术提供的电子脉冲时域展宽器，将入射的X射线照射在所述微带阴极上，使所述微带阴极音外光电效应而产生光电子，在所述微带阴极加负直流偏置电压，并使所述微带阴极或所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲，且X射线同步在所述斜坡高压射频脉冲的上升沿，进而使先发射的所述光电子较后面的所述光电子获得更大的能量，从而使得前面的所述光电子速度更快，通过所述阳极栅网后一段渡越漂移空间之后，电子脉冲的时域宽度被展宽，从而实现电子脉冲的时间放大。进一步地，在此基础上制作的X射线分幅相机对展宽后的电子束进行测量，就可以获得更短的时间分辨能力。而且，本专利技术中阴极的结构设计为微带传输线结构，并带有阻抗渐变线，满足传输阻抗匹配条件，能够实现微带阴极的宽频带传输能力；高压斜坡电脉冲产生是采用雪崩管组成的MARXBANK脉冲发生电路来实现的，其触发晃动小，所需供电电源较低，并能够产生超快的脉冲前沿。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是行波选通分幅变像管的工作原理图；图2是本专利技术实施例1中电子脉冲时域展宽器的原理图；图3是本专利技术实施例1中阴极与阳极栅网的组合体的俯视图；图4是本专利技术实施例1中阴极与阳极栅网的组合体的侧视图；图5是本专利技术实施例中斜坡高电压射频脉冲产生电路工作原理图；图6是本专利技术实施例2中电子脉冲时域展宽器的局部示意图。主要元件符号说明：01-目标；02-针孔板；03-选通电脉冲；04-MCP；05-荧光屏；101-X射线；102-微带阴极；103-斜坡高压射频脉冲发生器；104-阳极栅网；105-电路板；1051-射频连接器插头；106-压环；107-石英窗口；108-管法兰；109-阻抗渐变线。具体实施方式在下文中，将更全面地描述本专利技术的各种实施例。本专利技术可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本专利技术的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本专利技术理解为涵盖落入本专利技术的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。在下文中，可在本专利技术的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本专利技术的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子脉冲时域展宽器，其特征在于，包括：微带阴极，所述微带阴极设置在所述真空室的入口内，所述微带阴极加负直流偏置电压，且所述微带阴极上设置有阻抗渐变线；阳极栅网，所述阳极栅网设置在所述微带阴极的后方，用于使所述微带阴极发出的光电子经所述阳极栅网加速后在所述真空室内漂移；斜坡高压射频脉冲发生器，所述斜坡高压射频脉冲发生器与所述微带阴极或所述阳极栅网电性连接，用于使所述微带阴极或所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种电子脉冲时域展宽器，其特征在于，包括：微带阴极，所述微带阴极设置在所述真空室的入口内，所述微带阴极加负直流偏置电压，且所述微带阴极上设置有阻抗渐变线；阳极栅网，所述阳极栅网设置在所述微带阴极的后方，用于使所述微带阴极发出的光电子经所述阳极栅网加速后在所述真空室内漂移；斜坡高压射频脉冲发生器，所述斜坡高压射频脉冲发生器与所述微带阴极或所述阳极栅网电性连接，用于使所述微带阴极或所述阳极栅网叠加上斜坡高压射频脉冲。2.根据权利要求1所述的电子脉冲时域展宽器，其特征在于，所述电子脉冲时域展宽器还包括石英窗口、管法兰、压环和电路板，所述石英窗口设置在管法兰的入口且封住所述管法兰的入口，所述微带阴极位于所述管法兰的入口内，所述微带阴极的两端分别一体地设置有所述阻抗渐变线，所述阻抗渐变线固定在所述电路板上，所述电路板固定在所述管法兰上，所述阳极栅网通过所述压环与所述微带阴极间隔设置。3.根据权利要求2所述的电子脉冲时域展宽器，其特征在于，所述电路板为高频PCB电路板。4.根据权利要求1-3中任一项所述的电子脉冲时域展宽器，其特征在于，所述微带阴极为薄膜结构，所述微带阴极的表面设置有镀金层。5.根据权利要求2所述的电子脉冲时域展宽器，其特征在于，所述斜坡高压射频脉冲发生器中的斜坡高压射频脉冲产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘进元，蔡厚智，廖昱博，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44