整体X光透镜性能实验研究

利用高计数率探测器和低功率光源,在大的能量范围内,同时测量了整体X光透镜的传输效率和焦斑直径与能量的关系。实验结果表明：透镜的焦斑直径随着能量的升高而减小;对04-5-10-5透镜而言,在高于5．8keV的能量范围内,透镜的传输效率随着能量的升高而降低,在低于5．8keV的能量范围内,透镜的传输效率随着能量的升高而增加。通过测量不同能量的X射线在透镜会聚光束中的空间分布,研究了短出口焦距透镜的光晕现象,光晕会导致透镜焦斑直径增大和传输效率测量值的增加。利用轴向扫描法研究了整体X光透镜出口焦距和能量的关系,实验结果表明：会聚透镜的出口焦距随着X射线能量的升高而增加。     

整体毛细管X射线半会聚透镜在微区EXAFS分析技术中的应用

利用整体毛细管X射线半会聚透镜对同步辐射X射线进行聚焦, 经透镜会聚的微焦斑直径在10μm量级, 焦斑位置处的功率密度增益在10³量级. 在5.5—11.5keV能量范围内, 透镜焦斑直径由38μm变为29μm, 透镜传输效率由26.1%变为20.5%, 焦斑的中心位置移动了3μm; 透镜的出口焦距变化了155μm. 在上述透镜性能研究的基础上, 研究了该微焦斑同步辐射在微区EXAFS(Extended X-ray Absorption Fine Structure)分析技术中的应用.     

利用整体毛细管X光透镜会聚同步辐射

利用整体毛细管X光透镜和超环面镜的组合会聚了同步辐射.在8keV能量点, 利用超环面镜, 将面积为2.3×26mm²、竖直发散度和水平发散度分别近似为零和1.1mrad的光束会聚为面积为0.9×0.3mm²、水平和竖直 发散度分别为1.4mrad和0.1mrad的束斑, 然后利用整体毛细管X光透镜将上述束斑会聚为直径为21.4μm的焦斑, 焦斑处单位面积上的强度(功率密度)增益为59, 焦距为13.3mm, 该整体毛细管X光透镜在8keV能量点, 对上述 束斑的传输效率为7.9%     

多层嵌套式X射线聚焦光学器件

针对X射线脉冲星导航与X射线空间通信的需求,对多层嵌套式X射线聚焦光学器件进行研制与实验标定。根据掠入射原理,对聚焦透镜进行理论设计,确定聚焦透镜的关键参数。讨论聚焦透镜的材料、镀膜等研制工艺。分别在可见光与X射线条件下测试了聚焦透镜的性能参数。结果表明测得可见光焦斑直径为14mm,X射线焦斑直径为20mm,在10m真空管道中测得光子能量为1.5keV时聚焦效率为30.2%,有效面积为2400mm2。     

测量整体X光透镜性能的一种新方法

为了高效准确地确定整体X光透镜焦斑位置,设计了一种新方法:轴向扫描法.该方法避免了探测系统的死时间问题,可以在大能量范围内同时测量透镜在不同能量点的出口焦距,在确定透镜出口焦距时,测量结果的绝对误差范围在-120μm和120μm之间.实验结果表明:透镜的出口焦距随着能量的增加而增加.     

基于Angel型龙虾眼X射线透镜的数值模拟

为了研究Angel型龙虾眼X射线透镜的聚焦成像特性,基于X射线全反射原理和旋转坐标系方法,建立X射线在方孔内壁的数值模型。通过求解X射线在方孔内壁的交点,得到所有光线的传输路径。为了验证模型的准确性,对透镜的焦距和传输效率分别进行实验测试和模拟。在365mm焦距处,参与反射的X射线被会聚为十字线,中心焦斑光强最大,与模拟所得结果相符。在能量4.5keV下,透镜镀金属Ir膜前、后的传输效率分别为1.23%和9.18%,模拟结果的传输效率分别为1.44%和10.14%。结果表明:构建的数值模型是合理的,可为龙虾眼透镜的研制提供理论基础。     

一种用于软X射线激光去相干的单玻璃管光学透镜设计

激光具有亮度高、单色性好、高相干性及方向性好的优势,然而在激光成像、激光加工等场景只想利用其高亮度或高单色性,高相干性导致的干涉效应会影响和限制其应用效果.通过模拟计算的方法,设计了一种针对软X射线激光去相干的新型单玻璃管光学透镜.模拟结果显示,针对波长为10 nm、束腰半径为1.25 mm的软X射线激光光束,透镜入口端内直径5 mm、出口端内直径0.6 mm、长度15 cm的单玻璃管光学透镜在有效降低软X射线激光光束相干度的同时,在出口处获得了发散度为30—50 mrad的出射光束,相应的传输效率为78%,光强增益为52.74.针对波长不低于1 nm的激光光束,该型号的单玻璃管光学透镜能够将光束的传输效率保持在30%以上.本文还探讨了入射光能量和透镜长度对器件传输结果的影响.结果表明,根据全反射原理设计的单玻璃管光学透镜能够满足极紫外到X射线波长范围内激光去相干的应用需求,在X射线激光成像、激光加工等方面具有广泛的应用前景.     

整体毛细管X光透镜在大气颗粒物单颗粒分析中的应用

对大气颗粒物进行单颗粒X射线荧光(XRF)分析,是一种识别大气颗粒物来源的有力手段.为了利用实验室X射线光源对大气颗粒物进行单颗粒XRF分析,建立了基于整体毛细管X光透镜和实验室X射线光源的微束X射线谱仪.透镜焦斑处的功率密度增益在103数量级,焦斑直径为30 μm左右.该微束X射线谱仪对Fe-Kα线的最小探测极限为0.7 Pg.在Mo靶光源电压和电流分别为30 kV和50 mA的条件下,利用该谱仪对直径为9 μm的大气颗粒物单颗粒进行XRF分析时,测谱时间在180 s左右.实验表明,基于毛细管X光透镜和实验室X射线光源的微束X射线分析技术在大气颗粒物单颗粒分析中有着潜在的应用价值.     

软X射线光导纤维传输特性

 为优化设计软X射线聚束透镜，使之与软X射线源配合能最大限度地获得高强度软X射线束，在北京同步辐射装置软X光站3W1B束线上，对不同能量软X射线（50～1 500 eV）在不同规格毛细管光导纤维中的传输特性进行研究。研究结果表明：玻璃毛细管对软X光有较高的传输效率，毛细管内径越小，曲率越小，光子能量越小，则传输效率越大；使用含硼（B）量高的DM308型号玻璃材料拉制成内直径为0.45 mm﹑外直径为0.6 mm的毛细管组成的软X光聚束透镜有较高的传输效率，该规格毛细管可以将能量为250 eV的X射线传播方向改变26°后，其出射能量是入射能量的12%；使用由该规格毛细管设计的软X射线聚束透镜同软X射线点光源组合，收光角可以达到30°，透镜焦点处的功率密度是不使用透镜时的104倍。     

长脉冲keV X射线源的辐射特征

 利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶，研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明：在长脉冲激光作用厚固体靶时，硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致；长脉冲时，等离子体2维膨胀效应非常显著，keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和，导致X射线线辐射功率出现饱和，且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下，辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系，发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方，理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下，keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系，发现即使考虑了倍频效率的影响，短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。     

X光导管传输特性的蒙特卡罗模拟

 X光在导管中的传输性能是设计X光透镜的基础。在研究X光导管传输理论基础上，建立了X光在导管中传输的射线跟踪方法，编制了蒙特卡罗模拟计算程序。对具体的模型，计算给出了导管的传输效率随X光源与导管入口面的距离、导管直径和曲率半径的变化关系。模拟表明：直圆柱导管的传输效率随导管直径增大而减小，随Ｘ光源所在平面与导管入口面之间的距离增大而增大；弯曲圆柱导管的传输效率随其曲率半径的增大而增大，当曲率半径趋向无穷大时，X光在弯圆柱导管的传输效率趋向于直圆柱导管的传输效率。利用编制程序计算得到的传输效率与实验结果符合较好。     

一种新型单毛细管X光学器件

利用高精度光纤拉丝塔制作了高品质的锥管,并且对锥管的束斑大小、传输效率和增益因子进行了测量。测量结果表明,锥管的束斑大小可以达到20μm以下,在8.04 keV处,锥管的传输效率为13.86%,距离锥管出口端2.5 mm处,增益因子为85。同时,还利用光线追迹软件shadow对锥管的束斑大小、传输效率和增益因子进行了理论模拟,理论模拟结果与实验中测量的结果符合得较好。测试结果表明,利用锥管会聚X射线,可以得到比目前经常使用的X光透镜更小的束斑。     

KB型X射线微聚焦光学系统

根据X射线荧光分析的需求,设计了高集光效率X射线掠入射聚焦光学系统.提出了“长物距、短像距”的点对点聚焦KB光学系统构型,系统的集光立体角为4.5×10-6 sr.根据光学结构,设计了反射镜的Pt薄膜,实现了对6.4keV X射线的高反射,集光效率为2×10-6,较直径100μm针孔的集光效率提高了1个量级.利用KB实验系统开展了X射线聚焦实验,获得了高亮度的微焦点.     

CsI光阴极在10-100 keV X射线能区的响应灵敏度计算

为了满足10-100 keV高能X射线光电探测器研究的需要,对CsI光阴极在该能量范围的响应灵敏度进行了研究.基于高能量X射线光子与材料相互作用的物理过程,分析了康普顿散射等效应对CsI响应灵敏度的影响.推导了CsI的响应灵敏度与二次电子平均逃逸深度和光阴极厚度的关系式和二次电子平均逃逸深度与入射光子能量的关系式,计算了CsI在10-100 keV范围内的响应灵敏度,计算结果与实验测试数据相符,验证了分析与推导的可靠性.根据计算可以获得不同入射X射线能量下CsI光阴极的最佳厚度,从而为高能X射线光电探测器的设计优化提供了理论参考.     

几何光学 光学镜头、光学零部件

TH7032006053862球透镜耦合效率研究=Research on coupling efficiencies ofball lenses[刊,中]/吕昊(孝感学院物理系.湖北,孝感(432000)),刘爱梅//光学精密工程.—2006,14(3).—386-390根据能量积分法计算了球透镜用于激光二极管(LD)与单模光纤(SMF)之间耦合的耦合效率,并对其进行研究。结果表明:当采用单球透镜时,所带来的轴向偏差为±30μm,横向偏差为±1.0μm,沿着X-Y平面的轴向倾角偏差为±1.2°;当采用双球透镜时,角向偏差最大,横向偏差次之,轴向偏差最小。图5表1参12(于晓光)TH7032006053863离轴抛物镜准直特性的研究=Study on…     

光学材料 光学晶体、液晶

O722006010691CsI∶Tl晶体对高能X光照射量的响应关系研究=Studyon the response characteristic of CsI∶Tl crystal to high-energy X-ray radiation[刊,中]/江孝国(中物院流体物理所.四川,绵阳(621900)),王伟…∥光学学报.—2005,25(10).—1429-1432在X光探伤系统中使用效率较高的CsI∶Tl晶体作为X光转换体。CsI∶Tl晶体对X光的响应关系是精密图像处理、定量测量所需的一项重要参量,理论推导出CsI∶Tl晶体对X光的响应呈现线性关系,并针对性地设计了在60Co放射源上的定量测量实验,所获数据不仅充分证明了理论推导的正确性,还证…     

高功率密度软X射线在X光导管中传输效率测量

为优化软X射线聚束透镜设计参数,使之与等离子体辐射源组合来获得洁净的高功率密度宽能带的软X光束,在西北核技术研究所的强光一号加速器装置上,对高功率密度的软X射线（6×10^6～1．5×10^7W／cm^2）在X光导管中的传输特性进行研究。研究结果表明：对于DM308型号玻璃材料拉制成的X光导管,在该功率密度范围内,软X射线在X光导管中的传输没有出现非线性效应,随着入射软X射线功率密度的提高,出射软X射线功率密度基本成线性增大;当入射软X射线的功率密度为1．2×10^7W／cm^2时,实验中获得X光导管的平均传输效率达到了16．3％。在强光一号加速器装置上,使用由该规格X光导管制作的软X射线聚柬透镜与钨丝阵Z-pinch等离子体辐射源组合,获得了功率密度达2．1×10^9W／cm^2的宽能带的软X光源。     

毫米波生物效应聚焦装置的设计

 采用喇叭天线与透镜相结合的准光技术方案,设计了毫米波生物效应聚焦装置,其频率达到95 GHz,辐射功率达GW级。毫米波辐射源传输到波纹喇叭天线产生的波束经透镜变换得到所需的高斯波束,实现波束能量的汇聚。在毫米波辐射源功率为W级的条件下,该装置的焦斑功率密度达到0.01～2 W·cm^-2,焦斑面积为0.8～30 cm²。该实验装置在毫米波生物效应实验中已得到成功应用。     

Kinoform单透镜的硬X射线聚焦性能

Kinoform单透镜可以高效聚焦硬X射线至纳米量级, 在X射线纳米显微学和纳米光谱学领域有着重要的应用前景. 基于衍射光学和傅里叶光学理论, 给出了X射线经由Kinoform单透镜聚焦的物理模型, 基于数值模拟, 研究了不同材料、光子能量、台阶数量和顶点曲率半径对Kinoform单透镜聚焦性能的影响. 结果表明, 孔径为1 mm的Kinoform单透镜对30 keV的X射线聚焦, 可以得到14 nm焦斑、62 μm焦深, 且可实现4个量级的光强增益和大于30%的光强透过率.     

透明液体中激光致声特性

研究透明液体的特性阻抗、激光声的传播距离和激光焦斑半径对激光声信号的影响.通过实验和数值计算发现,在一定范围内,随着特性阻抗的增加,声波的峰值声压、主频和声能也相应增加;随着激光声传播距离的增加,激光声的主频从急速下降变为相对稳定;在保证光击穿的条件下,选择较大的激光焦斑半径,可提高光声能量转换效率.