高效高分辨率大面积透射光栅谱仪特性的理论分析

为提高透射光栅谱仪对激光等离子体Ｘ光源的收集效率的光谱分辨同铲高分辨率大面积航向光栅光谱仪。该谱仪由轮胎镜、无支撑高线密度光栅和软Ｘ光ＣＣＤ相机组成。应用部分相干光衍射理论,研究了该谱仪成偈面上的光强分布和光谱分辩率,在１．４～１２ｎｍ的摄谱范围内光 人发辨率为０．０５ｎｍ,与实验符合得很好。由于其高效率,该谱仪尤其适用于超短飞秒脉冲激光产生等离子体的实验研究。     

X光分幅相机-平面镜配接方法研究

利用X光谱仪用平面镜备件以及实验室常用五维调节架,设计了X光平面镜与X光分幅相机配接的探索方案,并对系统调节中各元件调节误差带来的影响进行了一定的分析,详细描述了系统的瞄准调节方法和过程.利用激光打靶实验,对X光平面镜与X光分幅相机的配接方法进行了检验.实验过程和结果表明,该方法系统结构和实施都较为简单,可以比较容易地在分幅相机微带上获得经平面镜反射的靶目标针孔像,实现～50 ps的时间分辨、10～20 μm的空间分辨及几十倍的能量分辨.     

MCP选通X射线皮秒分幅相机在ICF中的应用

在上海“神光”装置上，首次将我国研制的首台ＭＣＰ（微通道板）选通Ｘ射线皮秒分幅相机样机用于ＩＣＦ（惯性约束聚变）激光等离子体物理诊断，在１．２ｎｓ内连续拍摄到激光注入孔等离子体辐射随时间变化的１２福二维空间分布图像，观测到等离子体喷射空间尺度随时间的变化过程．本文就该相机结构、测量原理和方法以及实验中获得的典型结果进行了分析讨论．     

激光等离子体软X射线辐射能谱时间分辨测量研究

利用(国内最近研制成功的)带聚酰亚胺膜底衬的金透射光栅与软X射线条纹相机相配合,(在LF11~#激光装置上)使用波长为0.53μm的激光打靶,测量了平面Au靶软X射线时间分辨能谱。测量结果观察到了金等离子体的O带辐射强度随时间增加的现象。文章计算了光栅的衍射效率,并讨论了影响测量谱的几个关键因素。     

黑腔LEH堵孔实验研究取得新进展

在神光Ⅲ主机激光装置上,采用单端带激光注入孔(LEH)的桶状黑腔,利用极区分幅相机和极区附近X光条纹相机获得黑腔内壁附近和LEH附近等离子体的X射线发射时空演化图像,进而研究LEH堵孔特性。X光图像清晰地展示了激光光斑移动、LEH附近等离子体缩孔和堵孔过程,为优化LEH尺寸提供了实验依据。     

激光加热碳、金平面靶等离子体膨胀过程

利用软X射线条纹相机与针孔成象装置相结合,测得了碳、金平面靶靶面X射线时、空分辨图象,从而推算出靶面等离子体膨胀平均速度分别为(碳):5.11×10⁷cm/s,(金):6.13×10⁷cm/s。实验用1.06μm的钕玻璃激光轰击靶面,X射线能谱范围为0.1—10keV。测量在激光功率密度≈10¹⁴W/cm²的情况下进行。 关键词：     

Characterization of the 46.9-nm soft X-ray laser beam from a capillary discharge

Intense lasing had been obtained from argon plasma in the soft X-ray region from a capillary discharge plasma system. Different diagnostics have been used to characterize the lasing properties by recording the temporal, spatial, and spectral profiles of the emission. The divergence measurement indicates that the soft X-ray laser beam has good directionality with a divergence of 3.5 mrad. The spectrum of the laser beam measured using a transmission grating showed intense lasing line at 46.9 nm. Diffraction orders as high as 10th orders were observed. The temporal profile recorded with a vacuum diode showed a distinct laser peak with a pulse width ~1.2 ns (FWHM). In addition, the coherence of the X-ray laser beam was also confirmed from the high-contrast interference fringes (visibility ~85 %) recorded using double slits.     

激光产生等离子体辐射X射线特性研究

本文报导激光等离子体辐射Ｘ射线的测量方法和结果。在“星光”装置上,用１．６μｍ激光辐照Ｎａ／Ｆ和铜靶。用平晶谱仪测量等离子体辐射Ｘ射线绝对强度,并研究了辐射Ｘ射线强度与入射激光功率密度的关系,测量了靶前后辐射强度之比,为光电离机制的Ｘ光激光研究提供了较重要的数据。     

气体靶激光等离子体软X-射线源实验研究

介绍了一种无碎屑、高亮度、高工作频率的气体靶激光等离子体软X 射线源。其喷气阀门由压电陶瓷驱动 ,工作频率可达到 40 0Hz。与金属靶激光等离子体软X 射线源相比 ,此光源无碎屑。与喷嘴由电磁阀控制的气体靶激光等离子体软X 射线源相比 ,它有较高的工作频率。一工作在模拟模式的通道电子倍增器被用于探测来自光源的软X 射线辐射 ,其输出信号经过一电荷灵敏前置放大器进一步放大变成电压脉冲信号 ,脉冲幅度与输入电荷灵敏前置放大器的电量成正比。实验测得CO2 ,Xe和Kr在 8～ 2 2nm软X 射线投影光刻常用波段的光谱辐射特性。CO2 光谱包括类锂和类铍离子跃迁形成的线谱 ,Xe光谱是多电荷氙离子 4d 5f,4d 4f,4d 6p和 4d 5p跃迁所形成的光谱。Kr气体靶光谱包括类铜离子、类镍离子、类钴离子和类铁离子跃迁形成的线谱和连续谱。     

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.     

利用普通视频CCD作为紫外激光和软X射线探测器的研究

 介绍了利用价格便宜的普通视频CCD来获取紫外激光和软X射线图像的方法和应用结果，以代替价格昂贵的紫外CCD、使用不方便的X光胶片或者昂贵的X光CCD，其关键点是：（1）去除CCD相机的自动增益校正；（2）将相机的校正系数γ值设置为1；（3）去除CCD相机前面的保护窗。作为一种简易的装置，可以用于紫外激光测量及激光与等离子体相互作用研究。结果表明，采用改造后的普通视频CCD测量紫外激光光斑，准确可靠，其灵敏度比科学级紫外CCD的低一个量级，它还可以测量软X射线的二维分布，作为X光针孔相机使用非常方便。     

激光聚变极端环境下X光高速摄影技术研究进展

在激光惯性约束聚变（ICF）研究中,通过X光高速摄影获取的图像数据能够反映等离子体中由于做功和能量输运导致的流体状态的时空演化信息,与之相关的诊断技术与工程研究一直以来都是ICF诊断能力建设的重要组成部分。介绍了作为我国ICF工程的主要实施单位之一,中国工程物理研究院激光聚变研究中心近年来在X光高速摄影技术研究方面取得重要进展,包括:（1）面向神光系列激光装置,开发了系列工程化的100 ps曝光高速摄影相机,整体达到国际先进水平,并在高灵敏探测、透射式带通滤波和结构小型化等方面形成中国特色;（2）提出微扫描门控、同视扫描分幅等10 ps曝光X光高速摄影新技术,为突破时间分辨瓶颈做出有益尝试;（3）在国内率先开展抗辐射加固高速摄影相机理论设计、技术验证与工程设计;（4）针对激光聚变靶碎片对设备安全的威胁,在国内首次开展靶碎片的理论建模与仿真研究,并开展首次验证实验,取得重要进展。     

等离子体喷射X光时空分辨测量

在“神光”强激光装置上对０．５３μｍ激光产生的等离子体喷射进行了Ｘ光时空分辨诊断。首次利用多针孔阵列成像技术结合软Ｘ光扫描相机观察激光加热区和Ｘ光加热区等离子体的运动，获得了初级和次级等离子体膨胀速度等结果．     

一种用于Z箍缩实验的软X射线成像系统

基于塑料闪烁体转换和光学条纹相机的方法建立了一套用于Z箍缩实验中的软X射线条纹图像诊断系统,解决了以往实验中使用的X射线条纹相机易被电磁环境干扰以及相机电极部件易被实验产生的高速粒子损伤的问题.诊断系统的光谱响应范围主要集中在0.2-10 keV,系统的空间分辨率经过理论评估小于120μm,通过标定闪烁体对X射线的时间响应特性给出了系统的时间分辨率约为1 ns.诊断系统拍摄到了铝丝阵内爆等离子体的一维空间和时间分辨的X射线条纹图像,给出了等离子体的内爆一致性和辐射均匀性等特征信息.     

On-line temporal characterization of an X-ray streak camera

A simple system for an on-line temporal characterization of an X-ray streak camera is described. Multiple UV-transmitting fiber optic channels with known relative time delays facilitate measurements of sweep speed in addition to providing a fiducial signal. Results of measurements on variation of sweep speed across the output screen of an in-house developed X-ray streak camera of an average sweep speed of 24.5 ps/mm and a temporal resolution of 7.5 ps are presented.     

激光等离子体软X射线光源光谱强度测量方法

提出了一种新的探测和测量激光等离子体软X射线源光谱强度的方法。该方法使用通道电子倍增器和定标过的硅光电二极管为探测器 ,前者是非标准探测器 ,后者为标准探测器。应用电荷灵敏前置放大器测量探测器产生的电量 ,并以高分辨率的光谱仪为分光元件 ,在已知光栅效率、通道电子倍增器增益、硅光电二极管能量响应的条件下 ,给出了计算激光等离子体软X射线源在某一波长光谱强度的公式     

Picosecond X-ray plasma radiation measurements

Direct picosecond measurements of X-ray laser plasma radiation were performed with a high-speed X-ray image-converter camera (ICC). This camera operates in the single-frame mode with an exposure time ranging from 5 ns to 0.5 μs and in the streak mode with 5 × 10⁹ to 5 × 10⁷ cm/s streak velocities. Its temporal resolution in the streak mode was calculated to be about 7 ps. A plasma was created by focussing 10 ps 1 to 2 joule laser pulses onto a titanium target placed in a vacuum chamber. The halfwidth of the recorded X-ray pulses varied from 30 to 60 ps.     

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。     

Spatial characterization of laser-induced sparks in air

Images and emission spectra of sparks produced by laser-induced breakdown in air were investigated as functions of the laser energy and optical configuration. The laser-induced breakdown was generated by focusing a 532-nm nanosecond pulse from a Q-switched Nd:YAG laser. The data were collected using an intensified CCD camera and a Cassegrain optics system coupled to an ICCD spectrometer. The results provided information about the first stages of laser-induced spark breakdown. Good reproducibility of the plasma location and shape was observed; these parameters depended largely on the optical configuration and plasma energy absorption rate. The high spatial resolution of the Cassegrain optics system was used to observe different ionization levels in the plasma kernel, which confirmed the electron cascade mechanism for plasma formation. The different ionization levels partially explained the asymmetry of the ignition induced by the plasma generation in gaseous mixture. Backward propagation of the plasma along the laser path was observed using the high spatial and temporal resolution of the experimental apparatus. The propagation was largely due to the thickness of the plasma relative to the laser wavelength, which created different ionization levels and energy absorption rates throughout the plasma. This observation was correlated with images obtained using the ICCD camera.     

软X射线双频光栅干涉诊断等离子体

针对高温稠密激光等离子体临界密度附近电子密度的诊断需求,发展了基于软X射线激光的软X射线双频光栅干涉诊断技术。利用波长13.9nm的类镍银软X射线激光作为探针,掠入射式的双频光栅作为分光干涉元件,对激光辐照金平面靶产生的等离子体进行诊断尝试。实验获得了清晰的干涉条纹图像,充分表明该技术的实用性。但结果中存在靶面不清晰等问题,为此,提出了初步的解决方案。