作者：Gail Overton 译者：杨景

    2005年3月，罗切斯特大学激光热力学实验室 (LLE)的研究者们研制出一种带有自聚焦和自校准功能的可遥控的独立条纹相机，称为ROSS相机[1]。研制这种相机是为了在国家惯性约束聚变计划中对内向爆炸和基本物理实验进行更好的测量。劳仑斯利夫摩尔国家实验室（LLNL）的一个小组已经对ROSS相机的一个原型机进行了测试，发现它的空间分辨率可以达到每毫米20线对，时间分辨率达到12皮秒，在2纳秒的时间窗口内的动态范围为500[2]。

    在LLE实验室中，8个已经被使用五年的条纹相机被用作ROSS相机的测试平台。两年前罗切斯特大学的研究者们决定投资制造一种通用条纹相机。这种相机能够使用其它条纹管并且一些子系统还能够升级。这种升级是根据获取50万个条纹记录的经验进行的。该相机的性能受到条纹管中光电器件的限制。相机的光学输入端是消色差的Offner三重镀铝球面镜系统（见图）。可以加入一个平缓光场的透镜，和具有弧形光阴极面的条纹管一起使用。这种设计包括两个物平面；利用旋转镜选择从空气传播路径接受外部光源信号，还是从主光路接受光纤信号和内部校准光源的信号。相机的自动聚焦功能是通过将所有元件都放在移动平台上实现的。三个互相独立的定时快门控制到达光阴极的信号。这种光学装置能够验证系统的焦点和光阴极某一位置上的时间或空间分辨率。

    为了使信噪比超过100，就要提高ROSS相机的电子系统的可重复性和稳定性。相机被放在一个磁屏蔽的盒子里，避免外界的电磁干扰。相机由一个外部的直流稳压电源供电。快门和CCD曝光时间由几个时间分辨率为1毫秒的计时器电路控制。相机共有四种遥控扫描速度，最短扫描时间间隔为1纳秒。用作记录的CCD相机和ROSS相机共用一个电源，但其控制信号和数据信号是通过光纤传输的，独立于ROSS相机的其它控制信号。CCD每13.5平方微米能记录2048×2048像素。

    提高空间分辨率

    条纹相机的增益定义为CCD记录的电子数与电子撞击ROSS条纹管磷光体次数之比。罗切斯特大学的研究人员测量的增益约为每次条纹管电子撞击（能量为15keV），CCD能记录108～150个电子，
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声因子仅为1.17。LLNL的科学家们验证了上述数据的正确性，他们得到的系统增益为101。ROSS相机除了放大倍数、时间分辨率和扫描线性与其它工业条纹相机相当外，其空间分辨率为40微米，比已有技术的空间分辨率提高1倍。

    ROSS相机的一个独特之处是它的内置校准功能。LLE高级科学家Paul Jaanimagi说：“其它的生产厂家还没有提供定量分析，因为这很困难。”其它条纹相机系统可能需要好几个小时、甚至一整天来校准，而且需要外部光源和其它光学装置；而ROSS相机可以利用内置的发光二极管和慢扫描电子斜坡信号在30分钟内完成校准。系统内部的光源和一组标线能够得到所需的空间分布并且通过系统的平面场响应、几何失真、扫描速度以及图像中所有位置的点、线及边缘扩展函数进行定量分析和校准。

    罗切斯特大学的研发人员已经将这项技术授权给了Sydor仪器公司。该公司总裁Michael Pavia估计在未来的4－7年内可以卖出100台ROSS相机。

译自《Laser Focus World》2004年12月30页《Remotely operated streak camera is self-calibrating》

参考文献
1.P. A. Jaanimagi et al., Intl. Congress on High Speed Photography and Photonics, Alexandria, VA (September 2004). To be published in SPIE 5580.
2.R. A. Lerche et al., Review of Scientific Instruments 75, 4042 (2004).

根据Offner三重系统设计的ROSS相机光学输入端。对于外部光源信号可以用旋转镜来选择其在空气中的传播路径；光纤信号则通过均化器阵列进入系统。

（小曾）

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