皮秒级光学极高速分幅成像仪

本课题是在面上基金（60477042）完成的基础上，研制仪器。极端条件下的科学研究要求高性能的测试仪器，诸如与国家根本利益相关的极速飞片、Z-Pinch爆磁箍缩和可变比冲磁等离子体火箭之类的前沿研究中，有的关键过程时间只有5ns～10ns，有的瞬变速度极快，需要高空间分辨、皮秒级分幅时间和十多幅时序数字图像的成像技术进行研究。目前尚无这种仪器。本项目能满足这类研究需要，可在每秒一百亿到一千亿幅摄影频率下得到10～20幅空间分辨率为每毫米50条线的数字图像。这要解决的科学问题是极高速如何形成和极高速下如何分幅；要研究极高速分幅成像系统，毫焦耳级皮秒脉冲激光波前变换，分幅时间可调的点光源环形阵列系统，大角度电光晶体并联偏转和驱动系统，光学加速系统，长细光束准直系统，光学分幅和多CCD芯片的相关技术，动态范围（毫秒～微秒）高时间分辩（纳秒～皮秒）多通道数字延迟脉冲触发系统和精确同步控制系统。

皮秒级光学极高速分幅成像仪可在每秒一百亿到一千亿幅摄影频率下得到16幅空间分辨率为每毫米50条线的数字图像，能够实现极端条件下极速宏观现象的成像研究和皮秒级微观分子系统的非线性过程的研究，满足国家某些重大需求，提升我国重大基础研究的科学水平。同时，这种技术是短时间放大技术（ms～ps）向原子时间（ps～as）放大技术过渡的未被开垦的频率区域，有很高的学术价值。所谓极速是指瞬变速度在每秒几十公里到每秒几百公里量级。与国家根本利益相关的前沿研究，诸如极速飞片、Z-Pinch爆磁箍缩和可变比冲磁等离子体火箭等宏观现象的研究，其特征过程时间极短（例如Z-Pinch的特征时间小于2ns～5ns）、瞬变速度极快（例如磁等离子体火箭的喷出速度可高达每秒500公里），需要高空间分辨、皮秒级分幅时间和十多幅时序数字图像的成像技术进行研究，才能得到有价值的信息。在研制过程中解决了极高速如何形成、极高速下如何分幅和十多幅图像如何获得等三个科学问题，成功研制了皮秒级光学极高速分幅成像系统。该系统由皮秒级时序16个点光源阵列的前端区、多通道可视化功能区和成像记录控制区组成。.前端区主要由毫焦耳级双脉冲激光器、脉冲堆砌系统、长细光束准直系统、2KV的电光偏转系统、新光束偏转加速系统和点光源阵列变换组件组成；多通道可视化功能区的关键是Kohler照明系统、Cranz-Schardin摄影系统和阴影-纹影系统的光学融合；成像记录控制区解决了16个高分辨CCD数字相机的同步驱动、曝光成像、传输记录和实现芯片曝光、目标触发、电光偏转及超短激光脉冲四者的纳秒量级的同步。大动态范围（毫秒～微秒）、高时间分辩（纳秒～250皮秒）多通道数字延迟系统和光学延迟系统是保证同步精度的硬件支撑。.国际上尚未有这种高性能设备的报导。