硬X射线透射晶体谱仪的设计性能参数

激光等离子体相互作用高分辨硬X射线光谱的测量通常采用柱面透射弯晶谱仪实现。利用几何光学模型对柱面透射弯晶谱仪的关键技术参数进行了理论计算和数值模拟,给出了谱仪弯晶曲率半径、光源到晶体的距离、光源尺寸和探测器的位置等因素对谱仪测谱范围和分辨能力的影响情况,分析了光谱分辨水平随能点的变化。分析结果表明:晶体曲率半径对测谱范围和谱分辨能力影响大,在光源尺寸较小时,随着探测器与罗兰圆距离的增加,谱线之间距离增加的速度大于光谱线宽增加的速度,使得分辨能力增加。     

基于激光等离子体研究的高性能扫描晶体谱仪（英）

在激光等离子体研究中,电磁脉冲干扰对实验结果影响很大,为了减小这一影响,设计一款新的扫描晶体谱仪,整个机身设计成几乎全密闭的良导体。该晶体谱仪通过更换晶体和调整入射角可以获得较宽范围的测量窗口。在X光光谱为2.5~3.5 keV范围内的测量试验中,该扫描晶体谱仪的谱分辨能力为13（在2960 eV）,时间分辨率为10 ps。其谱分辨和时间分辨可以满足对激光等离子体的研究。     

含缺陷光子晶体传光特性的实验研究

选择MgF2和ZnSe两种材料设计制作了一维缺陷光子晶体,从理论和实验上对带有缺陷的一维光子晶体的传光特性进行了研究.在实验中,一般用光谱仪来测量通过光子晶体的透射光谱,由于光谱仪价格较贵,这种方法不利于制作实用的光子晶体传感器.我们用CCD和光栅代替光谱仪,利用白光光源代替激光器,建立自动测量实验系统进行了实验研究.实验中利用压电陶瓷来改变缺陷层厚度,模拟缺陷层的变化,通过CCD测量衍射光位置来测量透过的光频.实验结果表明,缺陷层厚度的变化和透射光频率之间呈线性关系,通过测量透射光频的变化,可以测量引起缺陷层变化的物理量,这与理论分析一致,说明本实验方法可行.本实验方法研制实用的光子晶体传感器具有一定意义.     

基于可调控狭缝光子晶体波导的微粒操控

提出并设计了一种用于真空中操控亚波长微粒的可调控渐变狭缝光子晶体波导结构.该结构利用光力将微粒捕获到狭缝中,使其沿光传输方向传输,并通过外加折射率调控的方式,将微粒输运到所需位置.分析了狭缝光子晶体波导的带隙结构、传输特性与微粒的受力情况,计算了热调控光子晶体波导的功耗与温度分布.结果表明,利用狭缝宽度渐变的硅基光子晶体波导,通过热调控改变硅折射率,可以实现光波截止位置从出射端到入射端的移动;对于总长度18μm的狭缝光子晶体波导,从入射端到出射端狭缝缩窄4nm时,控制微粒位置所需的折射率变化为0.012,而改变折射率所需的加热功率不高于13.7mW.这一结构将为微粒操控提供一种可能的实现方案.     

多通道可调TM偏振滤波特性研究

基于光子晶体的光子局域特性,并利用液晶的电控双折射效应,设计了一种新型的多通道可调滤波器。采用传输矩阵法对该滤波器的光学传输特性进行了数值模拟,分析了透射谱与晶体结构参数的关系,讨论了大角度入射光子晶体时电控双折射效应对透射谱的影响。结果表明:当入射角为89°时会出现多个间距不等的高透射率的透射峰。随着各液晶层折射率的增加,缺陷模发生红移。当向光子晶体施加电压时,透射峰的位置发生蓝移,但透射峰峰值大体不变,从而验证了此滤波器的可调节性。该光子晶体滤波器结构简单,可调谐性好,在波分复用系统光源、光谱分析仪和信道监测中有一定的应用价值。     

一种平场范围在30~50nm的平焦场光谱仪

 理论上计算了入射距离747.4 mm及不同入射角情况下，日立变栅距凹面光栅的平场范围，确定了平场范围在30~50nm的一组平场谱仪的新设计参数。在原入射距离的情况下，新研制的平场谱仪在入射狭缝前加了一个轮胎镜，使谱仪具有空间分辨能力，且提高了收集效率，。利用一种真空紫外光谱灯对He气放电的特征谱线对平场谱仪进行了标定。在入射狭缝为 0.1mm时，实验上测得30.38nm谱线的宽度约为0.04mm, 在30nm附近的分辨率为0.001，在消像散波长40nm附近，分辨率将优于0.001。最后，利用标定后的平场谱仪对毛细管放电不同气体等离子体辐射进行了初步的测谱实验。     

一维光子晶体的透射谱特性

利用传输矩阵法研究了一维光子晶体的透射谱特性,数值模拟得到了可见光波段一维光子晶体中的透射谱特性,计算结果表明可见光波段入射波长变化时,透射谱禁带宽度发生变化。研究结果为可见光波段一维光子晶体器件的设计提供了理论依据。     

高分辨X射线晶体谱仪及其在激光等离子体中的应用

对椭圆型聚焦晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统进行了优化设计.优化设计后的椭圆型聚焦晶体谱仪系统的工作距离981.56 mm和摄谱范围0.133～0.756nm,并具有很好的谱分辨本领(λ/Δλ≥1000)和信噪比.新设计的椭圆型聚焦晶体谱仪首次在"神光Ⅱ"X光激光靶室上成功地获得了激光等离子体谱线信息并辨认和归类了一些离子的谱线,同时还给出了实验测定的谱仪能量分辨率.其中一些离子谱线诸如类离子共振线、伴线、互组合线和Ly-α线谱可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓打下了坚实基础.     

硬X射线透射弯晶谱仪

 提出了一种基于圆柱面石英透射弯晶的晶体谱仪,主要用于诊断10～60 keV范围的硬X射线光谱。石英弯晶的曲率半径为112 mm,晶格常数为0.425 6 nm。实验利用Mo靶X射线管作为点光源,晶体与光源距离700 mm,采用成像板作为记录介质,获得了清晰的光谱图像。Mo的两条特征谱线以光轴为中心线对称分布,谱线的位置与理论计算符合得很好。误差分析表明,实际测量值与理论值的偏差主要来源于瞄准精度。     

用于Z-pinch的二维空间分辨聚焦球晶摄谱仪

为了测量内爆等离子体空间分辨的X辐射谱，设计了球晶摄谱仪。球面晶体摄谱仪利用球面布拉格晶体作为色散元件测量丝阵内爆等离子体X辐射谱。球面晶体在子午面和弧矢面内具有相同的曲率半径，因此，子午面聚焦点和弧矢面聚焦点位置不同，要同时获得光源能谱和二维空间结构信息，必须把探测器置于弧矢聚焦平面上。当球面晶体参数、光源与晶体之间的距离以及中心掠射角确定后，就可以确定二维空间分辨球晶摄谱仪的探测器。     

用于X射线时空分辨测量的弯晶谱仪

为了测量激光聚变产生的0.2～0.37 nm范围内的等离子体X射线, 设计了一种基于空间和时间分辨的聚焦型弯晶谱仪. 将在700℃时弯曲后的LiF(2d＝0.403 nm)晶体作为色散元件, 布喇格衍射角的变化范围为30～67.5°, 弯晶粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上. 利用弯晶谱仪配X光CCD相机在星光Ⅱ激光(0.35 μm, 60～80J, 700 ps)装置上摄取了钛平面靶发射的X射线光谱, 实验结果表明它的光谱分辨率能达到0.001 nm.     

新方法精确测量凸透镜焦距

凸透镜在光学应用中有很大的作用,而它焦距的测定方法有很多。本文应用分光计、可调狭缝设计一种新方法精确测量凸透镜的焦距。     

基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜表征X射线光源参数

X射线光源的焦斑尺寸和焦深对X射线光谱学,尤其是对于微区X射线衍射与荧光分析等领域十分重要的参数。如何高效而准确的表征这些参数对于X射线光源的应用和发展至关重要。现有的光源参数表征方法,尤其在表征微焦斑光源的参数时,都存在自身的局限性。锥形单玻璃管X射线聚焦镜是一种常用的X射线聚焦器件。根据锥形单玻璃管X射线聚焦镜滤波特性和几何特点,分析得到聚焦镜的聚焦光能量上限的大小受到光源焦斑尺寸的影响,提出这个能量上限与光源尺寸和光源到聚焦镜入口的距离之间的数学关系。设计了一种基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数的方法。对锥形单玻璃管X射线聚焦镜的参数进行测量和确定后,将聚焦镜放置要测量的光源前,与光源形成聚焦光路。在光路准直并确保只有在聚焦镜内发生单次全反射的X射线射出聚焦镜的情况下,通过改变聚焦镜与光源焦斑距离并利用能谱探测系统来探测聚焦光并得到多个对应的聚焦光能谱。对所得能谱进行计算与分析,得到各能谱中的能量最大值,即聚焦光的能量上限。利用聚焦光能量上限、光源焦斑尺寸和光源到聚焦镜的距离之间的关系并结合线性拟合法,可同时得到光源焦斑尺寸和焦深。选用制造商给出焦斑尺寸约60 μm,焦深为20 mm的微焦斑钼靶光源作为测量对象,利用基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征方法测量的结果为焦斑尺寸为60.1 μm,焦深为19.7 mm。用小孔成像法表征该光源焦斑尺寸为60.3 μm,焦深为20.1 mm。相较于现有的方法,基于锥形单玻璃管X射线聚焦镜的表征X射线光源参数方法对表征微焦斑光源有一定优势,对表征高能X射线光源有潜在发展和利用价值。     

掠入射凹面光栅谱仪高级次衍射光谱相对效率测量

测量了波长2.847、3.373、4.027、9.873和10.24nm谱线的一级和高级次光谱强度。给出了以一级光谱强度为标准的高级次衍射光谱的相对效率,并对测量结果进行了分析、讨论。     

Z箍缩等离子体X射线凸晶谱仪

 针对波长为0.3~0.5 nm的喷气箍缩等离子体X射线诊断,研制了一种适用的高空间分辨的晶体谱仪。色散元件采用云母（002）凸面晶体,布拉格角为37°,信号采用X射线胶片进行接收,有效接收面积为30 mm×80 mm。物理实验在“阳”加速器装置上进行,胶片获得了氩喷气K,L壳层光谱信号,其光谱范围较宽,为0.31~0.40 nm。经解谱发现,类氦谱线有明显的基底,用最小二乘法拟合包络曲线去噪处理后,得到类氦谱线光谱分辨力为200~300。实验结果表明,该谱仪获得的X射线测量值与理论值相符,适合喷气箍缩等离子体X射线光谱的诊断。     

Band tunable X-ray flat crystal spectrometer for laser-produced plasma spectroscopy measurements

An updated design of a band-tunable flat crystal spectrometer is presented. The new configuration contributes to a broad spectral coverage with greater resolving power, a strong rejection of hard X-ray backgrounds, and decreased sensitivity to source broadening for an extended source. To verify the performance of the spectrometer, spectral lines were measured using a potassium acid phthalate crystal for highly ionized species of aluminum or silicon, and the results were compared by measuring H- and He-like Al and Si lines by rotating the crystal to selected Bragg angles, at the Shenguang II laser facility. The observed energy-coverage range is consistent with the theoretical predictions, as well as with the measured spectral resolution of ~300.     

X射线单色四重聚焦照相机单色器的衍射几何

本文详细分析了不对称Johann型单色器和不对称对数螺线型单色器的衍射几何。给出了计算X射线源焦点到单色器距离L₁、射线源及聚焦线交叉区散焦宽度b₁,b₂的表达式。根据理论分析的结果,在试制聚焦相机时采用了近似不对称Johann型的可调弯曲石英单色器。 关键词：     

准单色近平行光束的X射线源

针对准单色近平行光束X射线背光成像诊断需求,提出了一种用球面弯晶进行X射线衍射选单从而获取准直光束的新方案.在神光Ⅱ装置上,设计了基于球面弯晶X射线衍射选单准直光束系统,完成了该系统的安装、调试和实验应用,获得了准单色(10~(-3)△λ/λ10~(-2))、小发散角(2 mrad)和大辐照匀斑(直径φ500 m)的X射线光源.同时基于衍射光学和球面镜成像理论,研究了不同布拉格角对球面弯晶X射线衍射光束发散角及其像散差的影响.结果表明,布拉格角会影响球面弯晶X射线衍射光束的发散角.用控制布拉格角范围的方法有望获得发散角优于1 mrad的近平行光束X射线光源.这种准单色、极小发散度和均匀角分布的X射线光源可应用于高分辨X射线成像诊断.