Calibration and Monte Carlo simulation of a single-photon counting charge-coupled device for single-shot X-ray spectrum measurements

A Princeton Instruments PI-LCX 1300 charge-coupled device （CCD） camera used for X-ray spectrum measurements in laser-plasma experiments is calibrated using three radioactive sources and investigated with the Monte Carlo code Geant4. The exposure level is controlled to make the CCD work in single photon counting mode. A summation algorithm for obtaining accurate X-ray spectra is developed to reconstruct the X-ray spectra, and the results show that the developed algorithm effectively reduces the low-energy tail caused by split pixel events. The obtained CCD energy response shows good linearity. The detection efficiency curves from both Monte Carlo simulations and the manufacturer agree well with the experimental results. This consistency demonstrates that event losses in charge collection processes are negligible when the developed summation algorithm of sDlit Dixel events is emDloved.     

准随机矩形孔阵列透射光栅

自支撑透射光栅的周期加强筋结构在降低光栅的通光面积、减少光栅衍射效率的同时, 也影响了光栅原有的衍射模式, 致使其应用更加复杂. 为了应对这一问题, 作者提出了利用在高Z材料薄膜上准随机排布矩形孔实现自支撑透射光栅的技术方法. 理论分析与实验结果表明, 利用新方法制作的透射光栅较好地摆脱了周期性加强筋对透射光栅衍射模式的强加干扰.     

Single order soft X-ray diffraction with quasi-random radius pinhole array spectroscopic photon sieves

A novel single order diffraction grating in the soft X-ray region, called quasi-random radius pinhole array spectro- scopic photon sieves （QRSPS）, is proposed in this paper. This new grating is composed of pinholes on a substrate, whose radii are quasi-random, while their centers are regular. Analysis proves that its transmittance function across the grating bar is similar to that of sinusoidal transmission gratings. Simulation results show that the QRSPS can suppress higher-order diffraction effectively. And the QRSPS would still retain its characteristic of single order diffraction when we take the effect of X-ray penetration into account. These properties indicate that the QRSPS can be used in the soft X-ray spectra measurement.     

啁啾脉冲频域干涉仪相位重建方法的理论研究

理论研究了啁啾脉冲频域干涉仪的时域相移重建技术,对于接近实际的频谱干涉条纹,分别采用傅里叶变换和小波变换的方法完成了时域相位扰动信号的重建。傅里叶变换方法产生的重建误差受到滤波参数的影响,相对而言,小波变换方式解谱过程中,不需要进行特意的滤波操作,从而避免了重建结果存在误差不确定性的问题。     

利用轫致辐射谱回推超热电子温度

超短超强激光打靶产生的超热电子与固体靶相互作用时会产生轫致辐射X射线。利用蒙特卡罗方法,对电子在固体靶中传输产生的轫致辐射X射线进行了模拟。1 MeV电子束与固体靶作用产生的轫致辐射谱模拟结果表明,轫致辐射谱高能段斜率受靶厚度及靶材料的影响不明显。麦克斯韦分布的电子束及单能电子束与30 m铜靶作用的模拟结果显示,两种电子源产生的轫致辐射谱在电子束能量或温度较高时基本一致。给出了一种利用轫致辐射谱斜率反推超热电子温度的定标方法。模拟了不同温度下超热电子产生的轫致辐射光子的能量角分布及光子数角分布,结果显示辐射光子能量通量和光子数随着电子温度的提高越来越向前倾,并给出了另外一种由轫致辐射能量角分布反推超热电子温度的定标关系。     

梯形透过率光栅远场光强分布及光栅方程的解析推导

二值化梯形透过率光栅是一种具有离轴衍射级次的二维光栅,其各衍射点光强信息和位置信息的确定对该新型光栅的实际应用具有重要意义。然而,目前尚无相关解析理论对其进行合理的描述。为了解决上述问题,通过二维傅里叶变换方法获得了该光栅各个衍射级次光强分布的解析表达式,并根据二维光栅的结构特征给出了在透射式和反射式情况下该光栅满足的光栅方程。这为该新型光栅的光线追迹计算打下了理论基础。最后,将解析表达式计算结果与采用X-Lab软件标量衍射模块计算的数值模拟结果进行比较,验证解析理论的正确性。     

神光Ⅱ升级装置激光加速质子照相初步实验研究

在神光Ⅱ升级装置上开展了首轮激光加速质子对间接驱动快点火靶内爆过程的照相实验研究。通过激光与靶参数的优化,获得了能量高于18 MeV的质子束。通过静态客体的照相,获得了优于20 m的高空间分辨网格图像,为开展时间分辨的啁啾质子照相奠定了基础。开展了质子动态照相实验,获得了内爆压缩晚期的质子照相图像。实验发现内爆区域质子照相图像存在大量排空现象。内爆压缩区域不足以阻挡如此大范围质子束,证明了其中存在电磁场使得质子向外排开。动态照相的质子能量较低,分析是ns激光打靶过程产生的X射线及等离子体对质子加速存在影响。后续实验中需要进一步优化靶的屏蔽设计。     

高线密度X光透射光栅衍射效率

高线密度X光透射光栅是各种高分辨光栅摄谱仪的核心色散元件,为了获得较高的光谱分辨率,工作在2~5 keV能区的光谱仪需要使用5000 l/mm的X射线透射光栅。为了获得光栅的绝对衍射效率,采用同步辐射光在多个能点对5000 l/mm的X光透射光栅进行衍射效率实验标定,通过光栅相对衍射效率拟合获得了光栅结构参数,与光栅结构测量结果非常接近。然后,采用衍射效率的矩形栅线模型,计算得到了光栅的绝对衍射效率。     

微型轫致辐射X射线光源扰动器设计

利用电子轨迹跟踪方法对微型轫致辐射X射线光源的一个关键部件扰动器进行了设计研究。分析了扰动器工作原理,使用CST电磁工作室设计了扰动器的磁场分布,并计算了在此磁场分布下电子的注入效果与扰动器中心位置的关系。结果表明：扰动器的幅向中心位置越靠近电子跨越中心轨道的位置,电子注入后的振幅越小,但同时所需要的磁场强度越大。最后分析了该扰动器注入的横向、纵向接受度,其具有3 mm0.23 mrad的横向接受度和0.1%的能量接受度。     

利用螺旋型波带片进行边缘增强成像

为了提高对等离子体内界面区域的诊断精度,研究了利用螺旋型波带片实现边缘增强成像的技术。制作了用于可见光波段的一阶螺旋型波带片,最外环宽度3 μm。利用螺旋型波带片对振幅式物体进行了边缘增强成像,实验获得了成像物体内边界区域的清晰图像,界面区域的成像强度得到很大增强。通过实验测量发现,当物距在菲涅耳衍射区域内时,螺旋型波带片也能够获取较好的成像质量,表明螺旋型波带片具有较大的视场角,能够对大尺度物体进行边缘成像。基于螺旋型波带片的边缘增强成像可以弥补传统成像方式对界面区域成像的不足,提高对等离子体内界面区域的诊断能力。