圆柱面和圆锥面弯晶谱仪的理论计算及设计

用光线追迹的方法对圆柱面和圆锥面弯晶谱仪进行了理论计算,得到了谱仪的空间与色散坐标、线色散率、角色散率、光谱分辨力、空间和光谱放大率以及谱仪亮度等参数的解析计算公式,并对两类谱仪进行了具体的参数设计及性能比较.结果表明,圆锥面弯晶谱仪比同类型的传统圆柱面弯晶谱仪有着更为良好的聚焦性能,能够进一步改善谱仪的光子收集效率、谱仪亮度以及空间分辨力.这项工作为谱仪研制提供了理论基础和设计依据.     

光纤位移干涉仪在爆轰加载飞片速度测量中的应用

利用光学多普勒效应和外差方法搭建了一台光纤位移干涉仪。装置采用光通信行业中已经发展成熟的器件,主要由带尾纤的半导体激光器、三端口环形器、光纤探头、宽带探测器以及宽带高采样率示波器等构成。整个装置结构简单,价格便宜,采用了信号光和参考光同轴结构,实现了任意反射面的速度测量,克服了偏振模式色散的影响,能够实现长量程测量,量程达到20 mm。利用该装置进行了爆轰加载下飞片速度测量,测量最高速度达到1 300 m/s,工作距离达到20 mm,同时利用VISAR对飞片速度进行了对比测量,结果表明用两种不同方法所测得的速度曲线吻合很好。     

激光驱动飞片的线面成像VISAR测速技术

以激光驱动飞片速度场诊断为例,展示线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)技术在超高速碰撞研究中的应用前景。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹随时间的变化,实现靶面一条线上各点速度历程和多个时刻二维靶面上所有点速度相对分布的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有10μm的空间分辨和约15m/s的速度分辨能力。用其测量了激光驱动铝膜飞片的速度场,直观给出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR技术可以为激光驱动飞片、超高速碰撞等领域的理论研究和数值模拟提供有效比对实验数据。     

THz干涉测量用于障碍物后振动传感的研究

为探索THz干涉技术用于障碍物后振动传感的可行性,采用工作波长214.58 μm （对应频率约1.4 THz）的CO2激光器泵浦气体太赫兹源搭建了一套基于迈克尔逊干涉仪结构的THz干涉测量装置,实验研究了薄纸板遮挡后敲击目标镜产生的微小振动,利用相位分析法和频谱分析法对振动干涉信号进行处理,得到了振动位移随时间的变化以及不同时段振动频率的分布情况,测得的峰峰值振幅最小为7.98 μm,最大为17.54 μm,振动峰值速度为2.7 mm/s,振动频率最小21 Hz,最大58 Hz.研究结果表明THz干涉测量技术能有效克服传统振动传感技术无法穿透障碍物的缺点,是一种简便有效的障碍物后振动传感的新型手段,预示了THz技术在振动检测相关领域的广阔应用前景.     

全光纤速度干涉仪设计及应用

针对冲击波物理与爆轰物理等研究领域中对高速运动物体进行连续速度测量的需求,设计了一种全光纤速度干涉仪.该干涉仪采用单模光纤作为光传输和延迟元件,对t和t-τ两个时刻由于速度变化而引起的多普勒差拍信号进行检测.由于两个时刻的两束光信号对应的待测物体速度变化不大,因而两者几乎有相等的频移量,从而大大降低了差拍信号频率.并且,通过光纤长度的改变,灵活调节条纹常量（τ值）,使差拍信号频率不超过记录系统的带宽,从原理上解决记录系统响应带宽受限问题,拓展测速的上限.单模光纤的采用,对漫反射光起到了较好的选模作用,使干涉仪实现了对漫反射靶的测量.实验设计了1.5 m·s-1和150 m·s-1两种条纹常量,对低速过程的霍普金森杆实验和高速过程的激光驱动实验分别进行了测试,取得较好结果,证明了该干涉测试技术的有效性.     

飞秒激光产生的X射线双光谱成像

在微介观诊断中往往因为空间限制,选择具有亮度高、单色性好、对比度强的特征谱线,而忽略了轫致辐射谱线。率先实验设计了特征谱线和轫致辐射谱线的双光谱诊断X射线光源的方法,在中国工程物理研究院“星光Ⅲ”激光装置飞秒激光束靶室上进行实验,激光功率密度大于1.6×1018 W/cm2,脉宽为30 fs,45°入射靶面。在入射靶前侧,设计了用于特征光谱成像的针孔成像光路,获得Cu纳米颗粒靶产生的特征X射线的焦斑图像,为76 μm,大于刃边方法测得半径为54 μm的焦斑。在靶后侧,设计了轫致辐射成像光路,利用PIX射线CCD获得2×5的圆形Ta组图像。实验表明,利用双光谱成像设计合理,适合微介观材料动态诊断,提高诊断效率。     

双通道共轴聚焦型X射线晶体光谱仪

研制了一种用于Z箍缩等离子体X射线光谱诊断的双通道共轴聚焦型晶体光谱仪。谱仪采用均匀色散(即线色散率为常数)和球面云母晶体作为两个通道的X射线色散元件,位于中轴线上的双胶片盒作为探测器,在大致相同的光谱范围内同时获取Z箍缩等离子体的时间积分光谱。在中国工程物理研究院"阳"加速器上开展了Z箍缩内爆摄谱实验,两通道分别获得了Z箍缩铝丝阵等离子体的类氢和类氦光谱谱线。实验结果表明:均匀色散通道光谱分布遵循均匀色散条件,实验得到的线色散率和设计值吻合很好,最大相对误差仅为3.48%,和球面晶体通道相比,它能更容易、更准确识别和处理光谱,在识别和分析陌生复杂光谱成分时具有优势。     

激光驱动X射线单色背光照相系统优化设计

 基于球面几何光学对激光驱动X射线单色背光照相系统的空间分辨力和成像效率等关键性能参数进行了理论推导,分析了当系统光学参数发生变化时,系统空间分辨力和成像效率互为制约的关系,由此提出了在保证能探测到图像的前提下,尽量提高系统空间分辨能力的优化设计方法。按照此方法具体设计了光子能量分别为5.07 keV和5.41 keV的两套背光照相系统,并用光线追迹模拟实验进行了验证。结果表明：设计的两套系统都能够在大约1 cm²的视场范围内,具有优于10 μm的空间分辨力。     

测量角度对激光干涉测速的影响分析

对现有激光干涉测速技术中不同的照明角度和测量角度进行了分析,讨论了入射激光和反射激光的角度对测速结果的影响,并结合理论分析进行了实验设计和动态测试,测试结果与理论分析吻合,表明倾斜测试时,其测量结果均低于靶的真实运动速度.对于一维运动的平面靶,可以通过测量结果除以测量角度的余弦值进行修正而得到靶的真实运动速度.透镜口径等因数对测速结果的影响在1%以内.     

VISAR测速中的信号丢失及丢失条纹数的确定

论述了ＶＩＳＡＲ测速中信号频率与被测速度增量的关系和光电倍增管、数字示波器所能响应的最高速度增量。分析了信号丢失的原因,给出了丢失条纹数的确定方法。最后对ＶＩＳＡＲ应用中如何正确选择条纹常数提出了建议。