适合于应用实验的X射线激光探针

X射线激光实验研究的主要目的是进行相应的应用研究。由于具有波长短、脉冲短、亮度高、相干性好的优点，因此在很多领域有潜在的应用前景。在所有的应用中，利用X射线激光作为探针来诊断等离子体或其他介质材料方面的应用是最普遍的。一般来说，激光探针穿越等离子体或介质后，光束的强度、前进方向、光程都会发生变化。分别检测这些变化，就可以获得等离子体的电子密度或介质折射率的相关信息。这就需要对作为探针的X射线激光的输出特性有深入的了解，并且选择更合适的条件进行优化。采用场图测量的方法，即直接测量X射线激光的输出光束在某一位置处的截面光强分布，能够很好地提供关于X射线激光输出光束的全面的信息，对应用研究具有很好的参考和指导作用。     

利用X射线激光进行激光等离子体射流的诊断

射流是激光惯性约束聚变(ICF)、天体物理学等领域中一种普遍存在的非线性现象.在实验室对射流现象进行模拟、诊断等方面的研究对于理解ICF、天体物理中的相关现象具有重要参考价值.采用纳秒激光辐照特殊形状的圆孔靶产生等离子体射流,利用波长为13.9nm的X射线激光作为光源对特定时刻的射流进行阴影成像,获得了清晰的射流阴影图像,与理论模拟结果定性一致. 关键词： 射流 X射线激光 等离子体诊断     

惯性约束聚变软X射线在线标定系统概念设计

长期以来,惯性约束聚变（ICF）研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地,难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外,由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异,同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术,以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统,用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求;另一方面,其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管（XRD）和标准探测器之后,该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。     

超短超强激光与金属靶作用产生硬X射线照相

 超短超强激光与物质相互作用产生硬X射线的应用之一是X射线照相。利用等离子体国家重点实验室的SILEX-Ⅰ激光器进行了超短超强激光与高Z平面金属厚靶相互作用产生硬X射线作为照相光源的照相实验研究。采用闪烁体+胶片和闪烁体+CCD相机的方式分别接收X射线图像,在靶的侧向和后向得到清晰X射线图像。由于采用的闪烁体厚度和照相几何不同,图像质量和空间分辨率存在明显差别。这种照相技术不仅可以作为激光与固体靶相互作用产生光源研究的基础手段,而且可以作为激光与固体靶相互作用致硬X射线的探测方式。     

软X射线-真空紫外波段光谱光源研究

介绍长春光学精密机械与物理研究所进行的软X射线-真空紫外波段光谱光源研究工作。研制成功的壁稳氩弧光源光谱辐射稳定性和重复性达±0.3%,可作标准辐射源,用于真空紫外波段仪器光谱强度绝对辐射定标。研制成功的潘宁(Penning)光源、双等离子体光源和空心阴极光源,可以覆盖从十几个nm至几十nm波段范围,光谱辐射稳定性和重复性达±1.0%,提供不同工作气体在该波段的原子和离子线谱,用于光谱仪器的波长定标。所研制的激光等离子体光源,尤其是近期研制成功的无污染微液滴喷射靶激光等离子体光源,可以提供较高亮度的软X射线辐射,13.0 nm处激光-软X射线转换效率达0.75%／2π·sr／2%带宽,适合于光刻和该波段辐射计量研究。     

X 射线晶体学的百年辉煌

自1912 年劳厄发现X 射线晶体衍射现象,小布拉格开创X 射线晶体学以来,已经过去 了100 年。这一发现,对人类科学的发展,特别是微观科学的影响至为巨大,具有里程碑的意义。 在这100 年中,X 射线晶体学发展迅速,成果累累。本文按主要实验技术的发展将100 年大致分 为四个阶段,从单晶体衍射、多晶体衍射和X 射线光谱三个方面简述其主要进展和影响。并简单 概括了她对物理学、晶体学、化学和生物学等基础学科和材料、医药、环境等多个应用学科的重大 影响。最后,还预期了晶体学领域的一些可能发展,包括无比强大的光源–硬X射线自由电子激光、 多维晶体学、电子晶体学、数学晶体学、三维X 射线衍射显微学等领域。     

单发次测量软X射线多层膜分束镜光学特性实验

用X射线激光作为探针，探测激光等离子体临界面附近的电子密度，对惯性约束聚变(ICF)的研究具有很大的应用价值。2003年11月，在“神光”Ⅱ装置上进行的X射线激光干涉法诊断等离子体电子密度实验研究取得了重大进展：利用类镍-银X射线激光作为探针，采用分束镜分光的马赫-贞德尔干涉仪在国内首次拍摄到清晰的动态干涉图。     

X射线自由电子激光的原理和在生物分子结构测定研究中的应用

X射线具有短波长和强穿透能力,利用电子对X射线的散射能够研究材料和分子的精密内部结构。信号的质量高度依赖于X射线发射源。2009年,美国能源部下属的斯坦福线性加速器中心国家实验室建成世界上第一台具有原子分辨率能力的X射线自由电子激光设施(LCLS),从此X射线进入激光时代,人类所能使用的X射线的峰值亮度比最强的同步辐射X射线光源提高了100亿倍。文章简要介绍了X射线自由电子激光的发展历程、产生原理和特性,并结合具体实验研究对如何应用X射线激光研究生物学领域的分子结构和动态变化进行总结。     

小型激光等离子体软X线－真空紫外辐射的研究

设计了一种小型激光等离子体软Ｘ线－真空紫外光源。该光源辐射强度高、波段覆盖宽、光谱连续平滑，其重复性、稳定性均优于±４．５％。适合在非同步辐射的一般实验室中使用。在亚微米光刻、软Ｘ射线显微术、真空紫外光谱学、薄膜光学常数测试等研究及应用技术领域具有广泛的实用价值。本文探讨了光源的辐射机制，给出了较理想的光谱测试结果。     

基于超快激光调制的纳秒脉冲X射线发射源

面向基础科学与空间应用研究领域对小型化超快脉冲X射线发射源的需求,设计并研制了基于激光调制光源与光电阴极X射线管的超快脉冲X射线发生器,解决了传统X射线调制发射装置重复频率低、时间稳定性差、脉冲特性差等应用难题.本文主要开展了脉冲X射线发生器的超快调制控制模块研究,并利用基于预调制的激光控制光源实现了高时间精度、高时间稳定度的超快时变光子信号以及纳秒脉冲X射线产生.理论方面,建立了脉冲X射线发生器时间响应模型,分析了出射脉冲X射线的时域时间特性.实验方面,搭建了基于超快闪烁体探测器的脉冲X射线时间特性实验测试系统,测试了激光控制光源及脉冲X射线发射源的时间特性参数.实验结果表明脉冲X射线发生器可同时实现高重频(12.5 MHz)、超快脉冲(4 ns)、高时间稳定度(400 ps)特性,且与所建立的理论模型高度符合.相比于传统X射线调制方案,脉冲时间参数指标得到了大幅提升、应用场景获得了极大拓展,本项研究有望为实现超高时间稳定性、超快脉冲X射线发射源提供新思路.     

A transformation theory for camouflaging arbitrary heat sources

Camouflage devices have attracted intensive research interest for their significant applications. However, most camouflage devices are specifically designed according to target heat sources. Here, by applying the transformation thermotics approach, we develop a coordinate transformation, and design an unspecific camouflage device which can camouflage arbitrary heat sources into a circular one with an anisotropic shell. We verify the ability of our unspecific camouflage device with both steady and transient simulations. We also find the “apparent negative thermal conductivity” under certain conditions without violating the second law of thermodynamics. To ensure the feasibility, we further put forward the effective medium approximation for sample fabrication, and only two natural materials are required. Our results have relevance to the different applications of infrared misleading, uniform heating, and so on; they may also provide guidance to the research on other diffusive fields, such as magnetostatic and electrostatic fields.     

回音壁微腔光力系统的相干控制与完全相干透射

本文研究了两侧同时输入的回音壁模谐振双微腔光力系统中电磁诱导透明的相干调控.通过改变双微腔两侧探测场的强度比值及相位差,可以有效控制电磁诱导透明窗口的宽度和深度,对探测场的吸收和色散等性质实施显著的影响,并且能够在特殊频率处产生关于探测场的完全相干透射现象.     

Digital image correlation in experimental mechanics and image registration in computer vision: Similarities,differences and complements

Digital image correlation and image registration or matching are among the most widely used techniques in the fields of experimental mechanics and computer vision, respectively. Despite their applications in separate fields, both techniques primarily involve detecting the same physical points in two or more images. In this paper, a brief technical comparison of the two techniques is reviewed, and their similarities and differences as well as complements are presented. It is shown that some concepts from the image registration or matching technique can be applied to the digital image correlation technique to substantially enhance its performance, which can help broaden the applications of digital image correlation in scientific research and engineering practice.     

微纳米加工技术在纳米物理与器件研究中的应用

物质在纳米尺度下可能呈现出与体材料不同的物理特件，这正是纳米科技发展的基础之一。要想探索在纳米尺度下材料物埋性质的变化规律及可能的应用领域，离不开相应的技术手段，微纳米加工技术作为当今高技术发展的重要技术领域之一，是实现功能人工纳米结构与器件微纳米化的基础。本文根据几个不同的应用领域，介绍了微纳米加工技术在纳米物理与器件研究领域的应用。     

Momentum-space polarization fields in two-dimensional photonic-crystal slabs: Physics and applications

In addition to non-radiative guided modes, two-dimensional photonic-crystal slabs support guided resonant ones which can radiate into free space. From the polarization states of these guided resonances, a polarization field on a photonic band can be constructed in momentum space. Momentum-space polarization fields display complicated configurations and patterns with different types of polarization singularities inside, shedding new light on the manipulations of light flows. In this review, we summarize the recent research progress on momentum-space polarization fields and singularities in two-dimensional photonic-crystal slabs, focusing on their unique optical properties and potential applications as well.     

Electrical switching in metallic carbon nanotubes

We present first-principles calculations of quantum transport which show that the resistance of metallic carbon nanotubes can be changed dramatically with homogeneous transverse electric fields if the nanotubes have impurities or defects. The change of the resistance is predicted to range over more than 2 orders of magnitude with experimentally attainable electric fields. This novel property has its origin that backscattering of conduction electrons by impurities or defects in the nanotubes is strongly dependent on the strength and/or direction of the applied electric fields. We expect this property to open a path to new device applications of metallic carbon nanotubes.     

二维电磁感应光子带隙的动态生成与调控

研究了由两个垂直传播的强驻波激光场共同耦合的一个四能级Tripod型冷⁸⁷Rb原子介质的稳态光学响应特性. 结果发现, 当两驻波场满足双光失谐条件时, 可在这两驻波场的传播方向上同时获得反射率高达95%以上的电磁感应光子带隙结构; 通过适当调节强激光场, 还可实现一个方向为光子带隙而另一个方向为透明窗口或者两个方向均为透明窗口的结构. 并且光子带隙和透明窗口的频宽和位置是可调谐的. 这种全光控制的二维的信号光禁闭和导通机制可用于实现全光开关和全光路由, 有利于复杂的全光通讯网络的开发. 关键词： 相干诱导光子带隙 电磁感应透明 周期调制原子相干     

Thomson散射诊断技术的新进展

Thomson散射是一种主动而无干扰地对等离子体进行诊断的方法．它能够以较高的时空分辨率测量等离子体的参数，如电子与离子温度、密度以及等离子体的膨胀速度、电离程度、热流等参数．文章从Thomson散射基本概念出发，介绍了Thomson散射诊断方法在研究激光与等离子体相互作用中的重要意义，并分别介绍了近年来Thomson散射诊断技术的新进展，如对高Z等离子体、两种离子种类的等离子体、多种形态等离子体以及高密度等离子体的研究．文章最后对国内Thomson散射诊断技术的发展状况进行了简述．     

Single-spin magnetometry with multipulse sensing sequences

We experimentally demonstrate single-spin magnetometry with multipulse sensing sequences. The use of multipulse sequences can greatly increase the sensing time per measurement shot, resulting in enhanced ac magnetic field sensitivity. We theoretically derive and experimentally verify the optimal number of sensing cycles, for which the effects of decoherence and increased sensing time are balanced. We perform these experiments for oscillating magnetic fields with fixed phase as well as for fields with random phase. Finally, by varying the phase and frequency of the ac magnetic field, we measure the full frequency-filtering characteristics of different multipulse schemes and discuss their use in magnetometry applications.     

电偶极子源定位问题的研究

首先得到了封闭形式的电偶极子处于任意位置时电场分布的公式，它是一个线性变换，称其变换矩阵为传递矩阵.并给出了传递矩阵的具体表达式和许多有用的性质，得到了传递矩阵的逆矩阵，导出了利用电场分布来确定单个或者多个偶极子源位置矢量和电偶极矩矢量的公式.对单个偶极子源的计算表明，如果测得两点的电场分布相同，就可以确定偶极子处于它们连线的中点上. 关键词： 电偶极子 传递矩阵 电场分布 定位问题