利用聚束透镜获得高功率密度软X射线源

研制了针对Z-pinch强X射线辐射源的软X射线聚束透镜,利用西北核技术研究所"强光一号"加速器产生的钨丝阵高温等离子体辐射,对在高功率密度软X射线入射条件下的聚束透镜开展了实验.研究表明:由2401根X光导管组成的透镜,在输入软X射线功率密度达1.0×108W/cm2时,透镜的平均传输效率为9.6%,在软X射线传输过程中等离子体溅射被导管内壁吸收,透镜后焦点处能获得洁净的软X射线源,平均功率桁度达到1.15×109W/cm2.     

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。     

用透镜对Z-pinch软X射线源进行聚光研究

Z-pinch放电产生的高温高密度等离子体可以作为一种小型的、高通量软X射线源，使用软X射线聚束透镜与等离子体辐射源组合可以传输并聚焦软X射线，同时，透镜能吸收电子、带电离子、中性粒子等的污染物，在其后焦点处获得洁净的高功率密度软X射线。该方法为拓展Z-pinch运用领域有潜在前景。     

用于激光等离子体诊断的亚千X射线能谱仪

本文简介了由滤片-X射线二极管阵列组成的具有亚纳秒时间分辨的亚千X射线能谱仪。在0．1到1．5keV能区能量分辨约为200eV。着重介绍了谱仪的结构和应用，数据处理及误差。并就激光-金平面靶相互作用实验中，在激光强度约10^14w／cm^2条件下获得的部份数据进行了简化处理，给出了激光等离子体亚千X射线辐射能谱，由此推出等离子体辐射温度。     

基于多毛细管X光透镜的数值模拟

为了优化多毛细管X光透镜的设计,利用旋转坐标系的方法建立子管方程,根据光线追迹原理建立了X射线在导管中传输的模型,直接求解一元四次方程得到X射线每次反射时与管壁的交点,从而追踪单根X射线的运动轨迹,并由大量X射线的总的运动规律得到X射线在单根导管中的传输规律,再由单根导管拓展到整个透镜。在此基础上编写程序,实现了对X光透镜的传输效率和光斑的模拟计算。为了验证模拟的准确性,对两个平行束透镜分别进行了实验测试和模拟。在8.05 ke V下,所测的传输效率为13.0%,模拟计算结果为14.2%。在对光斑的模拟中,模拟所得的光斑也与实验结果相符合。结果表明,模型的建立是合理的,在类似透镜的设计制造中有着潜在应用。     

Z-pinch X射线时间分辨多幅图像诊断系统

 介绍了为“强光一号”设计的ns级时间分辨软X射线多幅图像诊断系统，分析了系统的主要性能指标,给出并分析了利用该系统诊断“强光一号”高功率脉冲Z pinch等离子体辐射源的最新的实验结果。     

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。     

软X射线激光汤姆逊散射实验尝试

汤姆逊散射是诊断高温稠密等离子体状态参数的重要方法之一, 受到广泛的关注. 但是目前用于进行汤姆逊散射的探针光波长多局限于可见光或紫外光, 能够诊断的区域电子密度远低于驱动激光的临界密度. 相比较而言, 以软X射线激光作为探针, 有希望诊断更高密度区域的等离子体. 利用“神光Ⅱ”高功率激光装置产生的类氖锗软X射线激光作为探针, 开展了软X射线激光汤姆逊散射实验的尝试. 根据散射的条件, 分别进行了非相干散射和相干散射的实验, 但均未能获得明显的散射谱. 理论分析表明, 主要原因可能是实验中作为探针的类氖锗软 X射线激光的聚焦功率密度不够, 通过优化实验条件, 有希望在今后的研究中获得相干汤姆逊散射的结果. 关键词： 等离子体诊断 软X 射线激光 汤姆逊散射     

18.2nm Schwarzschild显微成像系统初步研究

叙述了Schwarzschild型正入射软X射线多层膜显微成像系统的设计、制作和成像实验，其工作波长为18．2nm，放大倍数为10．5×，极限分辨率小于0．2μm。采用Mo／Si多层膜，周期和层数分别为9．5nm和41。用激光等离子体光源对20pl／mm和55pl／mm的栅网进行了软X射线显微成像实验，所得结果表明此显微成像系统的分辨率在微米量级。     

强脉冲软X光辐照薄塑料闪烁体发光特性研究

 介绍了Z-pinch实验用软X光功率仪的测量原理,利用“强光一号”产生的强脉冲软X光对薄塑料闪烁体(Ø40 mm×0.1 mm)进行了辐照。实验中,采用两套软X光功率仪并安装在同一个大法兰面上,其中一套作为标准系统,参数保持不变,另一套系统的狭缝宽度逐渐增加,以改变软X光辐照到闪烁体上的能量通量密度。测量了软X光的辐射功率,由此计算得到在强脉冲软X光辐照下发光线性输出时能量通量密度下限,为1.47×10⁵ W/cm²,为以后在Z-pinch物理诊断中合理安排探测系统提供了实验依据,使诊断结果更加合理和准确。     

激光等离子体脉冲软X光标定源

 利用神光Ⅱ上激光与等离子体相互作用得到的软X光,建立了基于多层镜的四通道软X光单色器系统。研究了光源的性能,测量了光源强度、单色器系统稳定性、相应通道的一致性。研究表明,采用多层镜作为脉冲光源的分光元件,可以得到具有较好单色性的强脉冲软X 光标定源。光源的光子能量为253 eV和820 eV,两能道的光源强度分别为1.8×10¹⁹ photon/(s·cm²)和3.2×10¹⁹ photon/(s·cm²)。在该标定源上可以实现XRD、平面镜、多层镜、透射光栅和滤片的标定。     

5—200?范围激光等离子体X射线辐射特性研究

利用带有针孔的透射式光栅光谱仪研究了激光等离子体X射线辐射的原子序数依赖性和激光功率密度对辐射的影响。得到了波长为1.06μm,平均功率密度为5×10¹⁴W/cm²的激光辐照条件下Z=6(C)到Z=79(Au)的不同原子序数激光等离子体X射线发射光谱。点聚焦和线聚焦激光照射方式下Al,Au等离子体X射线发射的对照实验结果表明,激光功率密度对低Z等离子体X射线发射的影响比对高Z的影响更明显。 关键词：     

532nm连续激光晶化非晶硅薄膜的原位拉曼光谱研究

用磁控溅射制备了非晶硅薄膜,用波长为532 nm的连续激光退火和显微Raman光谱原位测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了非晶硅薄膜在不同激光功率密度和不同扫描速度下的晶化状态。结果表明,激光照射时间10 s,激光功率密度大于2.929×105W/cm2时,能实现非晶硅薄膜晶化。在激光功率密度为5.093×105W/cm2,扫描速度为10 mm/s时非晶硅开始向多晶硅转化。在5.093×105W/cm2的功率密度下,以1.0 mm/s的扫描速度退火非晶硅薄膜,得到的晶粒直径为740 nm。     

微晶硅薄膜的表面粗糙度及其生长机制的X射线掠角反射研究

采用等离子体增强化学气相沉积技术沉积一系列处于不同生长阶段的微晶硅薄膜.通过同步辐射X射线掠角反射技术研究微晶硅薄膜的表面粗糙度随时间等的演化，探讨微晶硅薄膜的生长动力学过程及其生长机制.研究结果表明，在衬底温度为200 ℃，电极间距为2 cm，沉积气压为6.66×1０² Pa，射频功率密度为0.22 W/cm²，氢稀释度分别为99%和98%的沉积条件下，在玻璃衬底上生长的微晶硅薄膜生长指数β分别为0.21±0.01和0.24±0.01.根据KPZ模型，微晶硅薄膜的生长机制为有限扩散生长. 关键词： X射线掠角反射 微晶硅薄膜 表面粗糙度 生长机制     

激光烧蚀硬铝产生等离子体温度和力学效应测量

 为了研究激光推进技术中激光与材料相互作用的机制,获取等离子体状态参数及力学参数,采用Nd:YAG被动调Q固体激光器烧蚀硬铝,通过激光诱导等离子体光谱技术测得等离子体光谱和温度,由冲量摆测得力学参数。实验结果显示：在激光功率密度0.534×10⁸ W/cm²时,靶材表面的等离子体温度在等离子体辐射过程中呈二次曲线衰减;改变靶材等离子体点燃阈值附近的激光功率密度时,随着功率密度的增加,等离子体温度、冲量耦合系数也随着增大,当功率密度达到靶材的等离子体点燃阈值时,各参数达到最大,此后随着功率密度增加,由于等离子体对能量的屏蔽作用,导致靶材表面的等离子体温度降低,等离子体获得的动能减少,靶材耦合的冲量降低。     

Laser-plasma electron acceleration in dielectric capillary tubes

Electron beams and betatron X-ray radiation generated by laser wakefield acceleration in long plasma targets are studied. The targets consist of hydrogen filled dielectric capillary tubes of diameter 150 to 200 microns and length 6 to 20?mm. Electron beams are observed for peak laser intensities as low as 5×10¹⁷?W/cm². It is found that the capillary collects energy outside the main peak of the focal spot and contributes to keep the beam self-focused over a distance longer than in a gas jet of similar density. This enables the pulse to evolve enough to reach the threshold for wavebreaking, and thus trap and accelerate electrons. No electrons were observed for capillaries of large diameter (250???m), confirming that the capillary influences the interaction and does not have the same behaviour as a gas cell. Finally, X-rays are used as a diagnostic of the interaction and, in particular, to estimate the position of the electrons trapping point inside the capillary.     

D. CCD视频技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影

本文对CCD摄象技术、等离子体诊断和脉冲辐射摄影的国内外最新发展作了评述,并涉及到在高技术领域的应用。     

Guiding of intense laser beams in highly ionized plasma columns generated by a fast capillary discharge

We have demonstrated the guiding of laser pulses with peak intensities up to 2.2 x 10(17) W/cm(2) in a 5.5 cm long plasma column containing highly charged Ar ions generated by a fast capillary discharge. A rapid discharge-driven hydrodynamic compression guides progressively lower order modes through a plasma with increasing density and degree of ionization, until the guide collapses on axis. The lowest order mode (FWHM approximately 50 microm) is guided with 75% transmission efficiency shortly before the plasma reaches the conditions for lasing in Ne-like Ar. The subsequent rapid plasma expansion forms a significantly leakier and more absorbent guide.