条纹相机

2018年5月22日，国家重大科研装备、我国具有自主知识产权的高性能条纹相机在西安宣布研制成功。

1、定义

条纹照相机（Streakcamera），也称像转换管条纹相机，它是综合了电子光学、电子学、纤维光学及半导体技术等新成果而发展起来的新型光电仪器。

2、发展历史

条纹照相机是一种测量光脉冲的强度关于时间的变化的仪器，常用于超快系统的脉冲持续时间测量，例如光谱时间分辨系统和激光测距系统等。

国际上从1968年开始研制，于1971年制成第一代条纹照相机。当时采用的是磁聚焦像增强器与像转换管相配合，但由于体积过于庞大（长约2.5米），不久就被淘汰。取而代之的是平板型微通道板像增强器，整机体积得以大大缩小，与一台普通示波器的体积相仿。利用条纹相机，可以测量闪光时间短至0.5皮秒的光脉冲，目前正在研制可探测短于0.1皮秒光脉冲的条纹照相机。

当前，条纹相机的最高时间分辨率约为100飞秒，测量如此短的脉冲，还需要光学自适应和频率分辨光栅等技术的支撑。在2011年9月，MIT小组利用条纹相机记录了帧速高达万亿次每秒的激光脉冲动画。

3、主要分类

条纹相机一般可以分为机械型和光电子型两种。机械型主要采用旋转镜片和调节狭缝进行分光，性能受限于扫描速度，时间分辨率不高。光电子型条纹相机主要原理是，入射的脉冲光轰击光电阴极，产生的光电子并在阴极射线管中加速，并利用一系列电子光学结构，使电子发生偏转，通过扫描将条纹图案显示在荧光屏上，并被线性探测器接收，譬如CCD，从而显示出光脉冲的波形。

4、功能原理

在实际应用中，光脉冲沿着特定方向经由狭缝进入仪器而被探测器收集，不同时间到达的光子在探测器上的投射位置就会不同，时域的瞬态脉冲也就可以被转换为在探测器上的空间分布。通过探测器上的光学“条纹”分布，光脉冲的持续时间以及其他瞬态性质就可以通过反推得出。为了周期性记录脉冲结果，条纹照相机也采用类似示波器的触发方式。

条纹照相机是针对示波器加以改进后研制而成的新型测量仪器。重大改进就是把光电探测器和信号显示这两部分合在一起了，即仪器本身就能够直接将光信号显示成像。具体的做法是：将示波管的热阴极去掉，改成光电阴极，这样一来，示波管也就可以兼有接收器和显示器的作用。为了使信号能够清楚地显示出来，再采用像增强技术。光阴极材料的信号响应时间极快，可达1e-14s。如果考虑到制造工艺、结构等方面的影响，获得1e-13s的响应时间没有问题，而且电子光学处理系统的时间响应也极为迅速，所以能够探测脉冲宽度非常窄的光信号。此外，条纹管光电阴极发射出来的光电子，经电子光学系统聚焦、偏转加速和增强之后，以高速线性扫描方式成像于荧光屏上，即可把时间变量转换为空间变量。从条纹照相机荧光屏上记录下来的信号，包含有时间和空间两种信息，利用这种仪器可以同时获得光信号的持续时间和强度的空间分布情况。