用于闪光照相的准直器设计及性能

为了实现高度准直同时较好地保留飞层界面信息,针对高能闪光照相实验中常用的准直技术,改进了设计方法,以法国实验客体(FTO)为例,利用蒙特卡罗程序对光子电子耦合输运过程进行数值模拟实验,验证了所提出的准直器的性能,对采用该准直器技术下的模拟照相结果进行了准直器光程扣除方法研究,结果表明:改进的准直器将客体芯部区域的散射照射量降低99.8%,接收平面处的客体信号动态范围降低99.7%,同时在图像中完整地保留了客体外界面信息;对准直器轴向分层照相的方法可以获得误差小于0.1的客体光程。     

闪光照相中校正准直器的研究

用闪光照相技术诊断内爆动力学实验时，存在着一些难以克服的困难：动态量程约为10^4，散射过强而将信号光束淹没。FTO客体边缘部分是形成客体散射的主要部分，也是动态量程大的主要原因。使用校正准直器具有一举两得的效果：既降低动态量程，又减小客体的散射。后保护器件和客体边缘部分是散射的主要来源。校正准直器的使用，使得入射到后保护器件的直接X射线和散射X射线都减少，有效地降低后保护器件的散射。     

闪光照相系统的散射分布与降散射的数值模拟

 对法国试验客体（FTO）的3 m照相系统建模，利用Monte-Carlo方法模拟X光子输运过程，得到了系统的散射分布和系统器件对散射的贡献。结果表明：后保护锥是系统散射的主要来源，对于任意一点，后保护锥的散射占总散射的75%以上。FTO的散射主要是FTO外层材料和边缘的散射，这部分散射占客体总散射的90%以上。利用坡度准直器对系统散射严重的区域进行的降散射，表明坡度准直器是一个很好的降散射器件，能有效提高图像质量。     

闪光照相散射定量技术初步研究北大核心CSCD

高能MeV闪光照相所针对的客体通常具有极高的面密度。当X射线穿过客体时,直穿X射线的强度将被极大衰减,到达成像面的直穿信号可能被散射“噪声”所淹没,若直接对图像进行反演将严重影响照相重建精度。从散射抑制角度出发,目前主要采用网柵相机即阵列型准直孔阻挡散射,但网栅相机的应用效果受光源位置稳定性影响较大,且网栅不易加工。提出了一种可实时定量散射强度的照相方案,该方案利用狭缝准直器对散射的抑制能力不随散射强度变化而改变这一特点,对现有照相布局进行小改进,利用已知客体实验结果标定狭缝准直器对散射的抑制能力,进一步自洽确定待测客体的散射量大小。基于蒙卡方法的仿真照相实验结果表明,当采用低面密度客体标定散射抑制系数时,高面密度客体散射强度的估计值与模拟真实值偏差可小于2%。     

高能质子照相中基于角度准直器设计的理论研究

角度准直器在高能质子照相中有着重要作用,既可以利用准直器提高图像对比度,又能通过二次成像实现材料诊断及密度重建,因此减小通过准直器后通量值的误差具有重要意义.本文通过理论分析,提出了一种高能质子照相中准直器设计的方法,通过Geant4程序建立了1.6 GeV的质子成像系统,该系统分别使用理想准直器、拉伸型准直器和利用该方法设计的准直器,并对比通过客体后的通量分布.结果表明,在使用理想准直器和该方法设计的角度准直器时,二者得到的客体的通量分布符合较好,而使用拉伸型准直器时,与使用理想准直器得到的结果相差较大.因此利用理想准直器方法设计的准直器可以很好地减小通量误差.     

考虑磁透镜边缘场的质子成像系统优化设计

高能质子照相系统由四极磁透镜和准直器组成,实际透镜的边缘场将影响成像系统的性能.本文将含边缘场的磁场梯度用贝尔函数近似,提出了一种含边缘场的成像系统优化方法.通过Geant 4程序模拟了能量为1.6 GeV的质子成像系统,并通过优化方法给出了考虑边缘场的优化后的系统参数.研究了考虑边缘场时的成像系统参数对准直器孔径的影响.通过对比理想成像系统和优化前后的成像系统在使用准直器时的客体通量分布,研究了边缘场对质子通过客体的通量影响.结果表明,优化后的成像系统可以减小质子通过客体后的通量误差,并且积分差值在10^–2量级时,准直器的孔径参数变化亦在10^–2量级.     

高能闪光照相中网栅相机的性能分析

针对闪光照相基本布局, 从照相物理过程出发, 确立网栅相机下含各种物理参量的成像公式。为了获得尽量简化的成像公式, 采用数值模拟和理论分析方法, 探讨了网栅相机在抑制噪声、散射和模糊等方面的能力及其使用方法。结果表明:网栅相机不仅具有灵敏度高、降散射能力强和模糊小的特点, 采用有/无陡坡准直器和客体的两次照相可以获得主要含光源模糊的透射率图像, 极大减少了图像分析中的不确定性因素。     

高能闪光照相中陡坡准直体成像性能实验

高能（20MeV）闪光X光照相技术在国防科研中有广泛的应用背景。FTO样品是由高密度、高原子序数材料组成的大光程4层同心球壳组件，是专门用于考察闪光照相成像质量的静态测试样品。对FTO样品进行闪光照相时，散射非常严重，因此选择合适的准直方式来降低散射对清晰图像的获得非常重要。研究表明，散射主要来自于后防护锥和FTO样品自身，样品散射又主要是由于外层的轻物质引起的，因此减小射向后锥和样品外层区域的X射线照射量，从源头上降低散射产生的机会，就成了准直设计中优先考虑的技术措施，     

基于紧凑型D-D中子发生器的热中子照相慢化准直器设计

热中子照相是一种重要的无损检测技术,是X射线照相技术的重要补充,小型化热中子照相系统有重要研究应用前景。基于紧凑型D-D中子发生器,采用蒙特卡罗程序MCNP-4C,通过中子和γ射线的输运模拟,完成了热中子照相慢化准直器的模拟研究与设计。慢化准直器准直比约为3.58,模拟研究结果显示,在D-D中子发生器中子产额大于5×10⁸ n/s条件下,样品平面内热中子注量率可大于10³ n/(cm²·s),准直中子束中热中子占比可大于74%,在Φ70 mm的照射视野范围内,热中子注量的不均匀度约为7.3%,基本满足热中子照相的成像要求。     

高压衍射光路的准直与散射背底屏蔽

在同步辐射高压X射线光路中,通过建立准直系统屏蔽来自金刚石的康普顿散射和实验环境中的杂散光,有效地降低了散射背底.通过两次专用光期间的测试表明,准直系统对于信噪比的提高有较为显著的效果,使以前不能进行有效测量的一些高压样品可以得到较好的能量色散X射线衍射数据,并为进行MPa压力下的原位测试提供了有效的手段.     

(n,γ)反应实验研究中的中子屏蔽设计

用射线全吸收型装置(Gamma-ray Total Absorption Facility,GTAF),可以对中子俘获反应截面进行高精度测量。为了降低实验本底,实验中需要对源中子进行准直和屏蔽,还要对被样品散射的中子进行吸收以减少它们进入探测器后所形成的干扰。采用MCNP对中子的准直器、屏蔽体和中子吸收体进行了模拟设计,中子准直屏蔽体材料选用含硼聚乙烯(BC4 的质量分数为3%) 和铅。准直孔直径为13 mm,长度为500mm,经准直后样品处中子束斑坪顶直径为21 mm。中子吸收体材料选用聚乙烯和碳化硼,吸收体球壳内腔半径30 mm,聚乙烯壳层厚度60 mm,碳化硼壳层厚度10 mm,被样品散射的中子经吸收体后衰减93.7%。Neutron capture cross section can be measured by Gamma-ray Total Absorption Facility (GTAF) with high precision. To reduce the background of experiments, the neutron source must be collimated and shielded, and the neutrons scattered from the sample must be absorbed to minimise interference after they go into the detector. The shield, collimator and absorber were simulated and designed with MCNP code. Boron-ontainingpolyethylene with 3% BC4 and lead are used as the materials for the neutron collimator and shield. The diameter of the collimating aperture is 13 mm, and the length of the collimator is 500 mm. After being collimated, the diameter of neutron beam plateau at the sample position is 21 mm. The neutron absorber is made of polyethylene and BC4, and the thickness of polyethylene shell and BC4 shell are 60 and 10 mm, respectively. The simulated result shows that neutrons scattered from the sample can decay 93.7% through the neutron absorber.     

神光-Ⅲ 3ω光路自动准直系统设计

基于闭环反馈控制理论，对神光-Ⅲ 3ω光源自动准直系统进行设计，分析系统的工作原理、控制算法和软件控制流程。对准直过程中电动控制对于控制结果影响的变化规律建立了数学模型，旨在克服俯仰和方位相互联动对准直精度的影响。采用二维镜架自动准直方案，使准直偏差在预定调整范围内不断收敛。神光-Ⅲ调试现场的准直结果证明：该自动准直系统达到了设计要求，即自动准直系统在半小时内完成8路光束的光束准直，其角度误差≤5.0%/空间滤波器小孔直径,平移误差≤1.0%(光束近场直径精度)。     

半导体激光器光束准直系统的功率耦合效率

在长距离无线光通信中，接收点光功率密度与光束发散角平方呈反比关系，为了获得小的发散角和大的功率耦合效率，要求准直系统有较大的数值孔径(NA)，但数值孔径过大会增加像差，因此合理设计功率耦合效率与准直系统的数值孔径就非常重要。该文对半导体激光器光束准直系统中功率耦合效率进行了研究，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与k(孔径半径与孔径处等效光束半径之比)的关系表达式，并结合激光器光束准直系统，给出了半导体激光器光束功率耦合效率与准直系统数值孔径的关系表达式。该研究结论对于半导体激光器光束准直系统设计具有参考作用。     

锥形梯度折射率激光准直系统的矩阵光学研究

把梯度折射率激光准直系统视为一个整体,采用矩阵光学的方法,研究了高斯光束经锥形梯度折射率激光准直系统的传输特性.讨论了多级密接锥形梯度折射率激光准直系统的设计原理.     

具有离焦量的光学准直系统

本文针对激光束准直系统中的离焦量对准直倍率的影响进行详细的讨论，给出了准直系统的最佳设计公式，同时提出一种新的准直光源系统的设计构想。     

Optical design and analysis of illumination system based on augmented reality北大核心CSCD

照明系统是增强现实光学系统的重要组成部分,其体积、照度均匀性、能量利用率直接影响增强现实照明系统的质量,因此在照明系统中对光源二次配光非常重要。针对增强现实系统的自由曲面透镜形式和照明系统开展研究,重点分析准直系统集光角度与体积的对应关系,在对光源准直系统的面型构建详细分析基础上,对中心透射边缘反射的折反射式准直系统的面型进行求解,结合偏微分方程法和划分网格法,设计了自由曲面透镜,该系统与偏振分光棱镜共同组成硅基液晶（liquid crystal on silicon,LCoS）照明系统。仿真分析结果表明:系统照度均匀性达到91.96%,若不计偏振影响,照明系统光学效率达到66.6%。该系统具有结构简单紧凑、体积小、质量轻、照度均匀性高等特点,满足增强现实眼镜的需求。     

惯性约束核聚变靶场监测系统空间坐标系的建立与标定方法

在惯性约束核聚变(ICF)实验中,高精度的靶场坐标系统是保证打靶准确性的关键因素。提出了靶场坐标系的建立方法,采用三台CCD监测仪对靶场监测。设计了正八棱柱模拟靶对靶场坐标系进行标定;设计了由显微和准直系统相结合的监测仪光学系统,使监测仪同时具有测量靶位和准直的功能。提出了采用双频激光标定准直光学系统的方法。     

Laser-induced ignition by optical breakdown

This paper is an experimental work of the applied methodical character in which as an attempt to optimize a laser ignition system a systematic study of the best incoupling geometry for the employed Nd:YAG laser was performed. The incoupling geometry comprises the pump fiber and an aspheric collimating lens. In this context, the distance between pump fiber and collimating lens was made continuously variable. The distance between fiber and lens primarily influences the diameter of the pump beam. In this way, it is possible to control the pulse energy as well as the number of pulses generated within a pump cycle. Furthermore, investigations to analyze the focal size dependence of plasma generation were carried out. As a result, it was found that it is possible to reduce optical losses caused by plasma transmission by choosing an optimum focal volume. This experiment was carried out for different pressures and focal volumes.     

基于M型分划丝的单线阵CCD直线度准直仪

为使直线度准直测量一次性自动完成 ,提出了一种结合M型分划丝 ,采用单线阵CCD器件 ,应用激光准直原理测量二维小位移和第三维小角度的全新方案 ,阐述了测量的基本原理、系统组成及硬件设计。实验表明 ,直线度准直仪在 70m距离内准直精度可达 13μm ,在± 2 0°测角范围内测角精度达 0 .7″。     

高能光纤激光经准直系统后的光束质量研究

应用光线光学的理论,对透镜的几何像差、热非线性等因素对光纤激光光束质量的影响进行了分析和计算,给出了激光通过多透镜光学系统后,光束质量参数M²与系统参数的一般关系. 研究了高能光纤激光通过准直系统后的光束质量. 研究结果表明,随着激光功率的增大,经准直系统后光束的光束质量存在最佳值,其对应的激光功率与准直系统参数有关,为高能光纤激光准直系统的设计提供了参考. 关键词： 高能光纤激光 光束质量 准直系统 光线光学