本发明涉及磁约束聚变等离子体诊断，尤其涉及一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统。
背景技术：
1、基于闪烁体的快离子损失探针是磁约束聚变等离子体实验装置中用来探测从等离子体中损失的高能量离子的一种探针，它的探头主要包括准直器和闪烁体片，失去约束的高能量离子逃逸到等离子体边缘时首先被准直器筛选，通过准直器的离子在磁约束装置的强磁场下做拉莫回旋运动最终撞击在闪烁体片某位置上发出荧光，由于具有不同能量和投掷角的离子撞击位置不同，实验人员根据闪烁体片上发出荧光的位置可以读取出损失离子的能量和投掷角，进而反演出损失离子的运动轨道，帮助研究高能量离子的损失机制；
2、为了实现对于快离子损失探针探头中的荧光图案进行高空间分辨和高时间分辨的获取，需要同时采用高速相机和光电倍增管对光信号进行采集，其中高速相机的空间分辨率较高，可以更好地分辨拍摄图像上的细节，但是受限于其工作原理，高速相机的时间分辨率较低且其传感器感光性较差，为了保证画面亮度，在用于快离子损失探针时通常无法以高于1000帧/秒的帧率进行拍摄。光电倍增管的时间分辨率较高，且由于其可以对微弱的光信号进行显著的放大，因此在用于快离子损失探针时往往可以捕获1m样本点/秒的信号，但是光电倍增管无空间分辨能力。如果同时采用两者来拍摄快离子损失探针探头中的荧光图案可以保证采集信号的空间分辨率和时间分辨率；
3、现有的快离子损失探针探头图像获取系统通常采用半透明的光学分束片来将探头中的荧光信号分为传播方向相互垂直的两束，其中一束经由成像镜头和传像光纤束传输到高速相机，另一束经由成像镜头和传像光纤束传输到光电倍增管；
4、其存在的问题在于：
5、1.光学分束片和两个成像镜头的角度调节存在工程上的困难，两个成像镜头的中轴线需要严格地相互垂直，且两镜头放置的高度也需要严格一致来保证其成像光路的一致，另外分束片与两镜头中轴线的角度都需要是严格的45°来保证透过分束片和经分束片反射的光线分别进入两个成像镜头，否则可能导致一个或者两个镜头拍摄不到图像。进行如此精确的光学调节需要耗费实验人员大量的精力且抗干扰性差，对实验装置轻微的扰动都会影响分束片和成像镜头的安装精度，而磁约束聚变装置在实验时通常会伴随着显著的震动，因此光学分束片方案可行性较差；
6、2.系统安装所需空间较大，光学分束片方案需要从两个相互垂直的方向对荧光信号进行获取，因此在垂直于快离子损失探针中轴线的方向上需要占用较多的空间，在磁约束聚变装置外围通常存在各种其他的等离子体诊断设备，在绝大多数情况下不存在足够安装该传统图像获取系统的空间；
7、3.高时间分辨率的采集端无空间分辨能力，快离子损失探针的传统图像获取系统中的高时间分辨率采集端采用单个光电倍增管，能够获取高时间分辨率的信号但是无空间分辨能力，仅能够给出整个闪烁屏上快离子损失信号随时间的变化，无法分辨快离子损失探针探头内部的闪烁屏上的亮斑位置，因此无法获取损失快离子的能量和投掷角信息。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
3、一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统，包括成像镜头，分光传像束，光电倍增管，中继镜头，高速相机，其特征在于，所述成像镜头安装在磁约束聚变装置外的快离子损失探针直线导入器的后端，所述成像镜头后端安装有分光传像束，所述分光传像束包括分光传像束输入端、分光传像束总聚合束、分光传像束分束端、分光传像束端子阵列引出束、分光传像束端子阵列、分光传像束图像引出束和分光传像束图像引出端；
4、所述成像镜头通过相机f卡口连接在分光传像束输入端上，所述分光传像束中包括m*n根光纤，且m*n根光纤的前端在传像束输入端中被紧密聚合到一起形成一个传像屏，所述分光传像束输入端是分光传像束总聚合束的前端口，所述光纤分光传像束总聚合束的后端口连接分光传像束分束端，且m*n根光纤在分光传像束分束端中进行分束，所述分光传像束分束端中分光传像束输入端上每若干个像素中有一个像素所对应的光纤被分离到分光传像束端子阵列引出束，剩余的像素所对应的光纤被分离到分光传像束图像引出束，所述分光传像束图像引出束中的光纤在分光传像束图像引出端位置处重新紧密为一个传像屏，所述分光传像束端子阵列引出束中的光纤在分光传像束端子阵列位置处重新聚合为若干个光纤端子，所述分光传像束图像引出端后端依次安装有中继镜头和高速相机，分光传像束端子阵列后端连接有光电倍增管。
5、所述中继镜头用于将分光传像束图像引出端端面上的图像成像到高速相机的传感器上。
6、所述光电倍增管上设有传感器阵列，所述分光传像束端子阵列中的端子接口与传感器阵列上的接口相匹配。
7、所述分光传像束图像引出端中被分离到分光传像束端子阵列中的像素位置由废光纤填充，且废光纤中不通光。
8、所述快离子损失探针探头中闪烁屏上的荧光图案由成像镜头成像在传像束输入端位置处的传像屏上。
9、优选地，所述快离子损失探针直线导入器后端安装有真空观察窗，且真空观察窗后端与成像镜头连接，所述快离子损失探针直线导入器内部安装有探针轴，且探针轴是内部中空的管道，所述探针轴前端安装有快离子损失探针探头。
10、优选地，分光传像束中光纤数目m*n大于二万，从而保证该图像获取系统的空间分辨率。
11、优选地，所述分光传像束分束端中分光传像束输入端上每k个像素中有一个像素所对应的光纤被分离到分光传像束端子阵列引出束，k通常不超过16，从而保证分光传像束端子阵列引出束的空间分辨率。
12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13、1、针对光学分束片和两个成像镜头的角度调节存在工程困难的问题，本发明采用传像光纤束分光的方案，传统的传像光纤束是由若干根光纤捆扎而成，传像光纤束的端面相当于显示屏，其中每一根光纤相当于一个像素，由于光纤束两个端面上的像素位置一一对应，因此光纤束一个端面上的图像可以被传输到另一个端面上，本发明中的分光传像束是将传统的传像光纤束的两端面中的一个端面分离为两个端面，接受图像输入的光纤束端面上每隔若干个像素则有一个像素对应的光纤末端被分离到其中一个光纤束输出端，剩余像素对应的光纤末端被分离到另一个光纤束输出端，从而将光纤束输入端面上的图像分离为了相互之间互补的光纤束输出端一图像和光纤束输出端二图像；
14、两个光纤束输出端分别连接到高速相机和光电倍增管从而实现两器件对快离子损失探针探头中的荧光图案的获取，通过这种方式，在调节快离子损失探针图像采集系统时仅需要调节光纤束输入端所连接的镜头，使其对准探头中的闪烁屏拍摄，与传统方案中对分束片和两个成像镜头的复杂调节相比，避免了工程调节困难，同时光学器件的减少也可以提高系统的稳定性，避免了实验时系统振动和触碰对成像精度的影响。
15、2、针对图像获取系统安装所需空间较大的问题，本发明通过分光传像束的方案来将传像光纤束输入端的图像分为两束，输出端的两束光纤束走向基本一致，且由于光纤束自身的柔性特征，该图像获取系统不需要占用过多垂直于快离子损失探针中轴线方向的空间。
16、3、针对高时间分辨率的采集端无空间分辨能力的问题，本发明采用光电倍增管阵列的方案，使用包含多个光电倍增管的传感器阵列代替单个光电倍增管，使得高时间分辨率的采集端具备一定的空间分辨能力，能够分辨损失快离子的能量和投掷角随时间的快速变化，因此可以分析磁约束聚变等离子体中的高频磁流体模式对快离子损失的影响。
1.一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统，包括成像镜头(6)，分光传像束，光电倍增管(12)，中继镜头(15)，高速相机(16)，其特征在于，所述成像镜头(6)安装在磁约束聚变装置(1)外的快离子损失探针直线导入器(2)的后端，所述成像镜头(6)后端安装有分光传像束，所述分光传像束包括分光传像束输入端(7)、分光传像束总聚合束(8)、分光传像束分束端(9)、分光传像束端子阵列引出束(10)、分光传像束端子阵列(11)、分光传像束图像引出束(13)和分光传像束图像引出端(14)；
2.根据权利要求1所述的一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统，其特征在于，所述中继镜头(15)用于将分光传像束图像引出端(14)端面上的图像成像到高速相机(16)的传感器上。
3.根据权利要求1所述的一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统，其特征在于，所述光电倍增管(12)上设有传感器阵列(121)，所述分光传像束端子阵列(11)中的端子接口与传感器阵列(121)上的接口相匹配。
4.根据权利要求1所述的一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统，其特征在于，所述分光传像束图像引出端(14)中被分离到分光传像束端子阵列(11)中的像素位置由废光纤填充，且废光纤中不通光。
5.根据权利要求1所述的一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统，其特征在于，所述快离子损失探针直线导入器(2)后端安装有真空观察窗(5)，且真空观察窗(5)后端与成像镜头(6)连接，所述快离子损失探针直线导入器(2)内部安装有探针轴(4)，且探针轴(4)是内部中空的管道，所述探针轴4前端安装有快离子损失探针探头(3)。
6.根据权利要求5所述的一种用于快离子损失探针的高时空分辨图像获取系统，其特征在于，所述快离子损失探针探头(3)中闪烁屏上的荧光图案由成像镜头(6)成像在传像束输入端(7)位置处的传像屏上。
