摘要：对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真,得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响,研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现,当深扩散深度为2.3μm固定值时,浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深,相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大,电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时,会发生倍增区外的非理想击穿,导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大,倍增区中心部分雪崩击穿概率越大,而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下,浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响,但深扩散Zn掺杂浓度越高,相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。

摘要：针对行波选通分幅相机超宽画幅驱动需求,基于宽带多节威尔金森脉冲功率合成方法,设计了一款高压驱动脉冲源。基于有限元分析方法,采用仿真软件对脉冲功率合成电路进行了仿真,系统分析了端口驻波比、插入损耗、端口隔离度、幅相一致性等参数。根据仿真分析完成了脉冲功率合成电路研制,验证系统最终能够利用8路峰值电压为1.3 kV左右、脉冲宽度为3.5 ns左右、脉冲前沿在600 ps左右的单路脉冲合成峰值电压超过3.2 kV的高压脉冲,脉冲宽度在3 ns以内,脉冲前沿在600 ps以内。脉冲频谱范围在300 MHz到3 GHz范围内的两路合成效率为83.5%,特定频率下为88%,八路脉冲合成效率为58%,特定频率下可以达到68%。通过该电路合成的高压脉冲可用于驱动宽20 mm、长95 mm、等效阻抗6Ω左右的微通道板实现选通成像,验证了基于宽带多节威尔金森电路实现脉冲功率合成,提高分幅相机驱动脉冲功率的可行性。目前基于该技术的高压驱动脉冲源已应用于I-MCP1.0型分幅相机。

摘要：与传统条纹相机加速和偏转电子束的方法相比,太赫兹强场的加速梯度和扫描偏转梯度有明显优势,具备实现飞秒级超高时间分辨的能力.本文基于这一新技术设计了一款基于太赫兹场操控电子束的超小型高时间分辨探测器.从理论上分析了加速区的时间弥散与电子脉冲发射时刻以及初始时间弥散的关系,并讨论了空间电荷效应对时间弥散的影响;设计并优化了加速区和偏转区的太赫兹脉冲耦合增强装置,太赫兹脉冲电场在该装置中的增强系数最高可达9.39.最终通过计算和分析本探测器的时间弥散,得到了时间分辨率优于50 fs的结果.

摘要：基于单光子探测的距离选通成像系统中,需发射短脉冲激光并进行发射器和接收器之间的同步控制,使探测器工作在光子计数模式并在时间上进行积分,以完成成像操作。为了获得满足系统要求的短脉冲激光,同时减小系统体积、降低系统成本,本文提出将基于射频双极晶体管和基于阶跃恢复二极管SRD(结合短路传输线)两种产生窄脉冲电路应用于单光子距离选通成像系统。介绍了二者的原理与设计方法,进行了仿真验证、实物制作及测试,对脉冲发生器的特点、影响脉宽幅值的因素进行了分析。实物测试结果表明,基于晶体管方式可以产生上升时间为903.5 ps、下降时间为946.1 ps、脉冲宽度为824 ps、幅度为2.46 V的窄脉冲。基于SRD方式可以产生上升时间为456.8 ps、下降时间为458.3 ps、脉冲宽度为1.5 ns、幅度为2.38 V的窄脉冲,二者重复频率皆可达到50 MHz。利用这两种设计方法的任何一种配合外部电流驱动激光二极管都能够获得性能优良的短脉冲激光输出。

摘要：减小空间电荷效应及扫描偏转系统边缘场效应引起的时间弥散是实现百飞秒级时间分辨条纹管的关键.本文提出并设计了一种新型飞秒条纹管,结合超高加速电场、高扫描速度和后加速电场的设计,可在光电阴极4 mm×10μm的范围内实现100 fs量级的时间分辨率.通过优化设计加速电极结构,使光电阴极有效探测范围内的电子均可在15 kV/mm量级的强电场中加速运行,有效地抑制了电子脉冲的物理时间弥散;在阳极入口处放置窄狭缝以减小大角度光电子引起的时空弥散对性能的影响;最后在荧光屏处设置+5000 V的高电位,以缩短光电子在等位区的渡越时间,进一步减小空间电荷效应引起的时间弥散.最终,此设计方法能够将条纹管的时间分辨率提高至百飞秒量级.

摘要：基于条纹相机的非推扫式激光雷达可以实现三维多光谱荧光及偏振成像,克服了传统雷达技术中由于目标和搭载平台之间相对移动形成的图像畸变,图像刷新率高,也便于小型化.本文针对这一新技术发展的需求设计了一款大面积(阴极有效面积?25)、超小型(阴极到荧光屏净尺寸为100 mm)、无栅网、球面阴极、球面荧光屏的条纹管,利用电子轨迹追踪法理论分析了偏转板位置对偏转灵敏度和空间分辨率的影响.动态分析演示了从阴极面狭缝上同时出发的光电子在条纹管内部不同飞行阶段的时间畸变过程,给出了条纹管在扫描工作模式下狭缝像弯曲所对应的定量时间畸变值.该条纹管极限时间分辨率优于30 ps,在其阴极狭缝长28 mm的范围内,边缘动态空间分辨率大于10 lp/mm,阴极狭缝为30 mm×50μm时条纹管的动态时间分辨率优于50 ps,放大倍率为1.2.

摘要：高能密度物理研究中涉及许多单次皮秒现象的诊断测量,然而对单次X-ray脉冲形状、X-ray与激光脉冲的皮秒精度同步依然是极具挑战的课题.传统行波选通分幅相机受电子渡越时间限制,难以突破40 ps时间分辨极限.本文围绕半导体中光学探针光的全光调制效应,提出一种以低温GaAs材料为基础,实现皮秒时间分辨X-ray探测的新方法,详细阐述了该探测器的工作机理、器件参数设计和时间分辨能力.通过飞秒激光打靶实验,验证了其概念设计的正确性.结果表明该探测器具有约1.5 ps时间响应和10 ps时间分辨能力,通过材料优化可将时间分辨提升至1 ps以内.

摘要：基于微处理器并结合模拟延迟电路以及数字逻辑电路,设计了分辨率可达5ns、最小脉宽为65ns、频率高达1MHz、且通过上位机可以远程控制的选通脉冲源.用该脉冲源结合选通电源测试了阴极上镀有金属导电基底和没有金属导电基底的ICCD的选通快门时间.结果表明当镀有金属基底时,ICCD具有更短的开启时间.建立相应的等效电路模型和阴极开关过程满足的RC等效方程,定性分析得出阴极面电阻的减小是使得ICCD开启时间缩短的主要因素.

摘要：针对爆轰时刻光谱的特点,结合多光谱测温的理论基础,采用高速率线阵CCD,设计了瞬时多光谱爆轰测温系统。通过FPGA对各个模块进行控制,完成数据的采集、存储和传输;结合多项式回归算法,拟合出爆轰瞬间光谱信息的动态波形图。在标定过程中,采用两束激光特征谱线630和532nm进行CCD的标定,确定出对应的像元序号分别是175和270。对卤钨灯的表面温度进行实时监测表明:基于高速线阵CCD的多光谱测温系统可以完成多个时刻的瞬时光谱采集;在40MHz的高速时钟驱动下,CCD的帧频可以稳定工作在73kHz。

摘要：讨论了一种具有超快时间响应特性的新光电阴极,即大梯度指数掺杂透射式GaAs负电子亲和势(NEA)光电阴极,模拟了它的量子效率、时间分辨和空间分辨能力等特性.理论分析结果表明,由于大梯度指数掺杂设计方式,在吸收层内形成较大的内建电场,因此光生电子在GaAsNEA阴极内的渡越时间大大缩短,当GaAs吸收层厚度～0.9μm时,其响应时间达到～10 ps,说明这种新NEA阴极具有远优于传统均匀掺杂NEA阴极的超快响应特性.同时在整个光谱响应范围内,量子效率达到约10%—20%,空间分辨力显著高于以往的计算结果.分析结果表明,在保证较高的量子效率条件下,这种新阴极能够突破常规GaAsNEA阴极的时间分辨率极限,提高GaAsNEA阴极本身的分辨力,有望用于超快摄影、电子加速器和自由电子激光器的电子源等领域,进一步扩展NEA光电阴极的应用范围.