Электронно-оптические методы измерений пространственно-временных характеристик быстропротекающих процессов оптического диапазона

Метод электронно-оптической диагностики быстропротекающих процессов основан на применении импульсных электронно-оптических преобразователей в качестве времяанализирующих элементов высокоскоростных систем и установок и позволяет получать пространственно-временные характеристики физических явлений. Он используется для исследований в области термоядерного синтеза, физики плазмы, квантовой электроники, нелинейной оптики, аэродинамики, баллистики, в биологии, медицине и многих других областях науки и техники.

Наиболее широко применяются два способа регистрации с использованием ЭОП - фотохронографическая и покадровая съемки. В режиме фотохронографии (рис. 1) на фотокатод проектируется изображение объекта в виде узкой щели, которая затем разворачивается по экрану. При этом происходит преобразование пространственной координаты изображения во временную.

Рис. 1. Хронографическая съемка

В – распределение яркости изображения на экране ЭОП, Δt – длительность исследуемого процесса, определяемая по заданному уровню яркости

При покадровой съемке (рис. 2) на фотокатод проектируется двумерное изображение - кадр. В исходном состоянии ЭОП заперт. При отпирании изображение проходит на экран, фиксируя на нем одну из стадий процесса. Последовательное отпирание и запирание изображения в сочетании с перемещением кадров по экрану позволяет осуществлять многокадровую съемку.

Рис. 2. Покадровая съемка.

В₁ ¸ B₄ – яркости кадров электронного изображения, t₁ ¸ t₄ – длительности кадров электронного изображения

Между хронографическими и кадровыми ЭОП существует достаточно условное различие. Принципиально любой хронографический ЭОП может быть использован для покадровой съемки и наоборот. Тем не менее, кадровые ЭОП имеют, как правило, больший размер рабочего поля фотокатода и дополнительные пластины развертки, которые позволяют рационально использовать все рабочее поле экрана. Электронные пучки в кадровых ЭОП имеют большую апертуру, что обусловливает определенные трудности, связанные с запиранием и отклонением изображения.

Временное разрешение и максимальная частота съемки, достигнутые при помощи ЭОП, существенно превосходят другие известные способы регистрации. Кроме того, электронно-оптическая съемка позволяет до 10⁶ раз усиливать яркость исследуемых объектов, т.е. позволяет изучать слабосветящиеся явления.

Многообразие научных проблем, решаемых при помощи ЭОП, привело к разработке широкой номенклатуры приборов, спектральный диапазон регистрации которых простирается от g до ближней инфракрасной области спектра, а конструктивные отличия обеспечивают наилучшим образом проведение того или иного эксперимента в заданном временном диапазоне регистрации.

Типовая конструкция времяанализирующего ЭОП включает в себя, как правило, фотокатод, работающий в заданном спектральном диапазоне, электростатическую или магнитную фокусирующую систему, систему управления электронным потоком, содержащую электронный затвор и электростатические пластины развертки, люминесцентный экран. Люминесцентный экран наносят на внутреннюю поверхность волоконно-оптической пластины (ВОП), которая обеспечивает контактное фотографирование с экрана без расфокусировки изображения или сопряжение с системами бесфильмового съема и обработки изображения. Имеются конструкции ЭОП, в которых фотокатод наносится на внутреннюю поверхность ВОП. При этом внешняя поверхность входной пластины может быть покрыта люминофором-конвертором, обеспечивающим регистрацию в рентгеновском диапазоне. Входная ВОП также обеспечивает контактное сочленение преобразователя с волоконно-оптическим световодом, другой конец которого можно поместить непосредственно в экспериментальную камеру, что позволяет практически без потерь передавать исследуемый сигнал в ЭОП. ВОП на входе даёт возможность упростить входную оптическую систему регистрирующей аппаратуры путем непосредственного контакта с пластиной кадрового окна и временной щели.

Дата добавления: 2015-07-20