金刚石复合折射透镜的设计及加工初探

复合折射透镜（compound refractive lens, CRL）因具有结构紧凑、焦距可调、准直方便等优点,被用作硬X射线自由电子激光（X-ray free electron laser, XFEL）装置的光束聚焦器件。面向XFEL光束高精度聚焦对高性能CRL的实际需求,从CRL的几何结构设计原理出发,分析了不同材料CRL的性能参数,证明了单晶金刚石材料是适用于XFEL光束聚焦的CRL优选材料。同时,考虑超硬金刚石材料的难加工特性以及低重频钛宝石飞秒激光不能实现大厚度材料高效加工的实际问题,探索了高重频光纤飞秒激光对大厚度单晶金刚石材料进行高效加工的可行性。研究结果表明,高重频飞秒激光精密加工技术是实现金刚石CRL制备的有效手段。     

炸药柱面内爆磁通量压缩超高速同时分幅/扫描摄影技术

叙述了超高速同时分幅/扫描摄影技术在柱面内爆磁能量压缩实验中的研究应用,用自研的国内首台同时分幅/扫描超高速光电摄影系统,拍摄到柱面内爆强磁场压缩过程同一时基、同一空基且具有超高时空分辨的一维和二维清晰图像。成功观察到柱面套筒内爆整个压缩过程,获得了该过程直径随时间变化曲线及压缩速度。实验结果表明,柱面套筒内爆强磁场压缩过程中存在界面不稳定性和不对称性现象,整个过程压缩时间8~10μs,压缩速度3.8~4.5km/s。     

转换屏发光光谱对X光闪光照相成像质量影响

为研究转换屏发光光谱与透镜系统的匹配对闪光照相光电接收系统成像质量的影响,用滤波光源照明分辨率板的方法,对接收系统的成像质量进行了实验研究。结果表明,转换屏发光宽光谱及中心波长与透镜系统不匹配均对成像分辨率有一定影响,对图像对比度的影响更大。只有在透镜系统消像差波段(540～550nm)附近窄带发光的转换屏,才能使成像质量达到理想的效果。     

基于广义变分正则化的闪光照相图像重建算法

 针对闪光照相图像信噪比低的特点,提出了一种基于广义变分正则化的图像重建算法,该方法采用p-范数取代目前广泛采用的全变分范数作为正则项,构造了用于图像重建的展平泛函,将图像重建问题转化为目标泛函最优化问题,采用固定点迭代法求解图像重建的最优解。数值计算结果表明,该算法在重建过程中能够有效抑制图像噪声,并加大对图像边缘的保持能力,从而提高了图像重建质量,是一种有效且性能优良的闪光照相图像重建算法。     

硬X光光电成像系统面密度分辨能力

 针对基于将X光转换成可见光接收的硬X光光电成像系统,研究了系统面密度分辨能力的理论模型,获得了系统面密度分辨能力的上下限的表达式;建立了对硬X光成像系统对面密度分辨能力的测量方法。利用自制面密度分辨率板,实验测量了由射频X光机、转换屏、光纤锥耦合和CCD相机组成的硬X光光电成像系统在不同照射量下的面密度极限分辨能力的上下限值。实验结果与理论分析模型分析趋势一致,在未饱和条件下面密度分辨力上限随着照射量的增加而不断增加,而面密度分辨力下限随着照射量的增加将减小。     

种基于偏微分方程约束的闪光照相图像重建算法

 针对闪光照相图像信噪比低的特点,提出了一种基于偏微分方程基于非线性PDE的约束的图像重建算法,该算法在重建迭代过程中引入了基于非线性PDE的平滑约束来抑制图像噪声,同时保护图像边缘。数值试验结果表明:相比于Landweber和预优约束共轭梯度（PCCG）重建算法,新算法具有更强的抗噪能力和边缘保护能力,是一种更加有效的闪光照相图像重建算法。     

X光激发的发光玻璃成像系统的成像像面调节研究

在有限景深的光学系统中，由于发光平面具有纵深方向的分布而不能清晰地成像于一个像面上；X光激发的发光玻璃成像系统具有这种性质. 针对不同发光平面的发光强度呈现指数衰减规律的发光玻璃的成像问题，用几何光学原理模拟了成像清晰度的变化规律，为这类成像系统的调节提供了依据，并获得了与理论推导的成像清晰度的变化规律相符的实验结果．     

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。     

部分空间相干和部分光谱相干厄米-高斯脉冲光束的焦场的相干特性

从部分相干光的传输理论出发,采用傅里叶变换法,推导出聚焦部分空间相干部分光谱相干厄米一高斯脉冲光束的光谱和光谱相干度的解析表达式,并用以研究了聚焦场的相干特性．研究结果表明,聚焦光束的光谱相干度与空间相关长度、时间相干长度和光束阶数有关．时间相干长度的减小将引起光谱相干度的减小,但光谱相干度的空间分布特性不受影响．随着光束阶数的增大,光谱相干度会出现振荡,且光束阶数越大,空间相关长度越小,振荡越明显．     

超强飞秒激光驱动气体靶致X光源的背光成像

在拍瓦级飞秒激光装置上完成了两轮激光驱动甲烷气体靶的实验,用产生的X光源配合SCCD（转换屏+CCD相机）对小型金属器件背光成像,采用经验公式和PIC数值模拟方法分别预估了超热电子温度,得到X光能量分别为377 keV和130 keV,据此两轮实验分别选择1.3 mm和0.8 mm厚度的轫致辐射体。分析比较了两轮实验背光成像质量。通过对次轮实验图像中铝、铜金属台阶灰度值曲线的分析求得X光的能量分别为49 keV和92 keV,这表明采用PIC数值模拟方法得到的X光能量更加符合实验结果。