通用型条纹相机是一种能将极短时间内的光信号转化为空间条纹图像,实现纳秒(10??秒)至皮秒(10?¹² 秒)级时间分辨测量的精密光学设备,核心用于捕捉转瞬即逝的光信号动态过程。设备通过 “光信号接收 - 时间空间转换 - 图像记录” 的核心流程,突破传统相机的时间分辨率极限:
- 光信号接收:待测量的瞬态光信号(如激光脉冲、化学反应发光)经光学系统聚焦后,入射到光电阴极上,光电阴极受光激发产生光电子,且光电子的数量与入射光强成正比。
- 时间 - 空间转换:光电子进入由偏转板构成的 “时间色散系统”,偏转板上施加随时间线性变化的高压电场。不同时刻到达偏转板的光电子,会在电场作用下产生不同的偏转位移 —— 早到达的光电子偏转量小,晚到达的偏转量大,从而将 “时间维度” 的光信号差异,转化为 “空间维度” 的位置差异,形成连续的 “条纹图像”。
- 图像记录与分析:经过偏转的光电子最终轰击荧光屏,或被电荷耦合器件(CCD)接收,形成可观测的条纹图像。通过分析条纹的位置、宽度和强度,结合偏转电场的时间参数,即可反推出原始光信号随时间的变化规律,实现时间分辨测量。
通用型条纹相机因时间分辨率高、适配多种光信号,广泛应用于需捕捉瞬态过程的领域:
- 激光与光学研究:用于测量超短激光脉冲的宽度、波形,以及激光与物质相互作用(如激光核聚变)中的瞬态光辐射过程,为激光技术优化提供数据支撑。
- 物理与化学分析:在原子分子物理中,观测原子能级跃迁的瞬态发光;在化学动力学中,捕捉快速化学反应(如燃烧、爆炸)的发光过程,分析反应速率与中间产物。
- 生物与材料科学:用于生物发光成像(如细胞内荧光标记的动态过程),以及材料光响应特性研究(如半导体材料的瞬态光电效应),助力理解微观动态机制。