高次非球面的工艺技术研究

 高次非球面在光学系统应用中意义重大,但是一直以来缺乏一套快速、有效的工艺方法。利用VC6.0编制了一款面型计算软件以辅助加工,并提出了一种新的高次非球面补偿检验方法。针对一块巡天光谱仪中口径Φ244 mm的一面平面另一面为高次非球面的改正镜开展工艺方法的设计与研究,从铣磨成形开始,根据高次非球面的特点提出了几种新型磨削工艺,建立相应的数学模型。由于高次非球面的特殊性,试验了数控铣磨直接成型法,很大程度上降低后继工艺难度,在细磨和抛光阶段采用数控小工具和整工具研磨相结合,能够很好地克服面型不平滑等技术难题。总结出了一套高效率、低成本、高精度的高次非球面工艺方法。     

潮湿空气对碘化铯薄膜结构和性质的影响

采用热蒸发法在普通载玻片上制备了碘化铯(CsI)多晶薄膜,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、高阻仪、红外分光光度计研究了暴露于潮湿空气对CsI薄膜结构、电阻率及红外透过率的影响.SEM结果表明,薄膜中颗粒平均尺寸由0.36μm变为1.25μm.吸附水沿颗粒间界扩散,间界发生弯曲和移动,大颗粒吸收小颗粒质量长大.XRD分析表明,(110)晶面衍射峰强度增加,峰位向高角度移动,半高宽减少,薄膜张应力减小,趋于形成(110/220)织构,晶粒平均尺寸为25.6,28.4,45.1 nm.受潮后薄膜电阻率由1010?·cm量级减少为108?·cm量级.在3675—3750 cm-1和3560—3640 cm-1位置出现接近游离水而非液态水的红外吸收峰,观察到吸收峰的精细结构,峰分裂源于受离子偶极键影响的羟基与吸附水气液界面处悬键的伸缩振动.     

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。     

X射线高空间分辨多色显微成像系统研制及应用

在激光间接驱动惯性约束聚变(ICF)领域中,获得具有极高空间分辨率(优于5μm)的X射线辐射图像,是研究烧蚀不稳定性、内爆流线等关键物理过程的数据基础。基于掠入射反射式成像原理的Kirkpatrick-Baez(KB)显微成像系统作为一种具有高空间分辨率和集光效率的X射线显微诊断设备,目前已成为国际ICF装置的X射线关键诊断设备。在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置条件上开展了KB诊断技术及设备的研究,在KB系统的光学设计、光学元件和物镜与系统装调技术等方面取得了许多重要进展,研制了大视场KB、多色KB等高分辨率X射线显微成像系统。这些系统已应用于我国的ICF内爆芯部发光和流线测量、流体不稳定增长测量等实验中,为关键物理量的测量提供了高空间分辨率的清晰图像。     

神光Ⅲ原型黑腔物理实验研究

总结了在神光Ⅲ原型激光装置上开展的一系列黑腔物理实验研究,从多个方面研究了黑腔内部等离子体状态和辐射场特性。用真空黑腔能量学研究获得了散射光、辐射温度和不同能段辐射流份额的定标规律,从能量学角度梳理和分析了整个激光黑腔相互作用过程。通过对黑腔中充入低密度低Z气体抑制了腔壁等离子体运动,明显减少了可能造成靶丸预热的金M带辐射流(1.6~4.4keV)份额。针对黑腔内部不同区域等离子体,研究了光斑区等离子体的运动,分析了其与电子热传导限流因子的关系;研究了冕区等离子体的运动,分析了不同充气等离子体条件对其的影响;在同一发次实验中同时测量了光斑区与再发射区的辐射流比值。     

基于时标系统的条纹相机动态畸变

针对神光Ⅲ原型实验中出现的动态畸变现象,开展了条纹相机动态成像特性研究.结合实验图像,利用CST Particle Studio软件模拟了强信号下变像管的成像过程,结果表明:在强信号下,变像管的空间电荷效应会造成电子束聚焦点与理想成像面距离减小,使得图像的放大倍数变小,产生信号弯曲现象,并且这一现象随着电流强度的增加更为明显.     

大动态双聚焦条纹变像管设计

为满足ICF实验中对X射线条纹相机大动态能力的需求,设计了一款大动态双聚焦X射线条纹变像管。其偏转灵敏度为39 mm/kV,静态空间分辨率在阴极中心处优于30 lp/mm,边缘优于10 lp/mm,时间分辨率在10 ps左右,阴极有效长度为30 mm,放大率为1.3,管子总长为425 mm。此款变像管主要通过提高电子飞行速度而缩短电子相互作用时间,从而达到降低空间电荷效应、提高动态范围的目的。最终设计的变像管轴上电势最高16.5 kV,最低5 kV,电子从阴极到达荧光屏的时间仅为6.62 ns。基于设计的变像管参数,对管子进行了加工制造,并进行了初步调试和测试,变像管具有最佳成像效果时各电极实际电压与设计电压几乎一样,放大率为1.35,偏转灵敏度为40 mm/kV,与设计值十分吻合。     

基于解析法的X光分幅相机静态增益特性仿真

 采用解析法对X光分幅相机中微通道板单孔内电子运动、碰壁和二次发射一系列过程进行了建模与求解,依托商业Lorentz-2D软件,得到了二次电子初能量分布、电子碰壁前能量分布、渡越时间分布等仿真曲线。实验测量了分幅相机的静态灵敏度曲线,与仿真结果对比分析表明：光电子首次碰撞深度是影响相机增益的重要因素,给出了修正后的增益与电压关系表达式,定性分析了工作偏压等参数对首次碰撞深度的影响。     

电光有机聚合物多模干涉分束器

分束器是光纤通信系统中光无源网络和光子集成回路的重要器件.1×2 MMI(multimode interferences)电光有机聚合物分束器是利用自成像效应设计的.分析了1×2 MMI 的工作原理.利用有效折射率方法(effective index method,EIM)计算出1×2 MMI 三维多模脊形波导的有效折射率分布.利用自成像效应的成像规律计算出成像位置并用导模传输分析法(guided-mode propagation analysis,MPA)对输出波导的光强进行模拟.分析表明:在波长为 1.55μm 的情况下,1×2 MMI 的输出波导的光强在未加电极时可以实现预定分束比输出;加上电极之后,由于电光效应可调控有机聚合物波导折射率的改变,利用有限差分光束传播法模拟输出波导的分束比可在7.6 dB 范围内可调.     

选区激光熔化成形区粗糙表面对铺粉质量的影响:离散元模拟

选区激光熔化中, 铺粉质量会极大地影响产品的最终质量. 然而, 成形区粗糙表面对铺粉质量影响的研究较少. 因此, 本文以成形区粗糙表面作为新的铺粉基板, 通过离散元法, 研究铺粉过程中成形区的表面形貌和工艺参数对铺粉质量的影响, 并分析铺粉过程中金属粉末在成形区粗糙表面的颗粒动力学和颗粒沉积机制. 结果表明, 将激光扫描方向与铺粉方向旋转一定角度可有效提高粉末层质量, 增加铺粉层厚可减小成形区粗糙表面对铺粉质量的影响. 减小搭接率可提高成形区对颗粒的滞留能力, 从而使更多的颗粒沉积在成形区, 提高粉床填充密度, 但是粉末颗粒会与成形区的粗糙表面碰撞, 产生颗粒迸溅现象. 此外, 铺粉过程中, 由于成形区粗糙度的增大, 成形区粗糙表面上的粉堆产生的强力链、力拱数量多于表面光滑的成形区. 在滚轮作用下, 力拱断裂导致颗粒重新排列, 形成致密的粉末层. 在成形区边界处, 力拱的产生会最终导致边界处的粉末层出现空斑缺陷. 本研究有助于通过优化工艺提高粉床质量.