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1、条纹相机介绍一 原理1. 基础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当作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、(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)的影响显而易见，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所组成：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。这两个输入单元大多数都用在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。扫描频率能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完全一样；SSU11-10的扫描频率是固定的，按照每个客户的激光器情况，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规格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
8、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，在不一样的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，能够大大减少抖动(jitter)。一般预触发抖动高于20ps，光学同步触发抖动在5ps左右。3）LJPD+LJSG：低抖动光电管和正弦信号发生器。采用SSU11-10时实现光学同步触发是常用到。4）信号延时/脉冲发生器：如DG645等。一般，TSU11-10或TSU12-10常用到此设备。建议客户自己准备该仪器。资料下载：；
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