强激光与粒子束
2022, 34(12): 122004
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 等离子体物理重点实验室，四川 绵阳 621900
长期以来，惯性约束聚变（ICF）研究软X射线诊断科学仪器设备的元器件标定工作主要依赖同步辐射光源X射线辐射计量站进行。该类装置通常与用于开展ICF研究的大型激光装置分处两地，难以满足ICF研究软X射线元器件实时实地的标定应用需求。另外，由于同步辐射和ICF激光等离子体产生的X射线辐射特性存在较大差异，同步辐射计量站的标定结果事实上也不能完全反映元器件在ICF实验应用中的计量响应特性。本文首先介绍一种基于单光学元件的软X射线紧凑型无谐波光源单色化技术，以此为基础提出研制基于ICF激光等离子体X射线源的同源、同几何位形、双束比较校准的多能量通道光源单色化系统，用于ICF应用软X射线元器件的在线标定。新系统一方面可望满足ICF软X射线元器件实时实地的标定应用需求；另一方面，其提供的标定光束的技术特征将最大可能地接近ICF激光等离子体X射线辐射本身。配备相应的X射线二极管（XRD）和标准探测器之后，该系统将形成一套具有在线自校准功能的新型多通道δ能量响应软X射线能谱仪。
惯性约束聚变 软X射线 标定 激光等离子体 等离子体诊断 inertial confinement fusion soft X-ray calibration laser plasma plasma diagnosis 强激光与粒子束
2020, 32(11): 112007
1 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092；中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，等离子体物理重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，等离子体物理重点实验室，四川 绵阳 621900
3 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
传统光栅的基础研究和应用研究进展一直备受关注。然而，高阶衍射污染使传统光栅获得的光谱纯度受到严重影响。为了抑制高阶衍射贡献，人们提出了许多单级或准单级光栅的设计方案，但它们对高阶衍射的抑制效果不可避免地受到加工精度的限制。提出了一种准周期矩形孔阵列光栅，通过优化矩形孔的概率密度分布函数，获得了比以往设计更大的加工误差宽容度。对这种光栅的衍射特性进行了分析研究。理论计算表明，即使孔径相对误差超过20%，光栅也可以完全抑制二阶、三阶和四阶衍射，五阶衍射效率与一阶衍射效率之比小于0.01%，大大降低了对加工精度的要求。
单级衍射光栅 X射线 光谱仪 加工误差宽容度 single-order diffraction grating X-ray spectrometer tolerance of processing errors 强激光与粒子束
2020, 32(7): 072002
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 计算机应用研究所, 四川 绵阳 621900
针对自由电子激光、同步辐射光束线以及惯性约束聚变、极端条件物理过程等X射线光学系统, 开发了具有独立知识产权的光学设计仿真软件X-LAB。基于光学衍射算法和序列式光线追迹算法, 该软件集光线追迹仿真、矢量衍射仿真和复杂微结构特征光学元件版图绘制等功能, 具有界面友好、操作便捷、包含特殊光学模块、支持“用户定制”功能等特点, 为开展X射线光学系统、光学元件概念设计、优化和研制提供了不可或缺的平台。目前, X-LAB成功应用于能谱分辨率优于1000、能谱范围10~100 eV的北京同步辐射3B1无谐波单色化束线设计中及空间分辨优于6 μm, 视场500 μm的惯性约束聚变物理过程X射线诊断光学系统——K-B镜系统的设计和优化中; 具有复杂微结构光子筛版图绘制功能。
X射线 光线追迹 版图绘制 矢量仿真 X-LAB X-LAB X-ray ray-tracing layout drawing vector diffraction 强激光与粒子束
2018, 30(11): 112002
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 上海交通大学IFSA协同创新中心, 上海 200240
为了获得高能X射线、α射线、γ射线和中子等粒子源的边缘增强图像,提出一种以螺旋波带片编码成像(ZPCI)技术。螺旋波带片同时具备径向希尔伯特变换和菲涅耳波带片聚焦的特点,因此,该技术相当于在采用菲涅耳ZPCI技术获得解码图像的基础上再进行一次径向希尔伯特变换。对该技术产生的边缘增强图像进行模拟计算和实验诊断,结果显示具有可行性。该技术在天文学、核医学和激光惯性约束聚变研究等领域具有广泛的应用前景。
图像处理 编码成像技术 螺旋波带片 边缘增强成像 径向希尔伯特变换 激光与光电子学进展
2018, 55(3): 031003
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出了一种基于光栅衍射原理的椭圆反射式波带片(ERZP)光线追迹算法,分析了ERZP的衍射聚焦和能谱分辨特性。基于该算法,将ERZP光线追迹模块添加到光学仿真软件X-LAB中,使之具有了计算量小、效率高等优点,这对含有ERZP光学系统的设计和数值模拟具有重要意义。
光计算 光线追迹 光栅 X射线 椭圆反射式波带片
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 等离子体物理重点实验室， 四川 绵阳 621900
为满足“神光Ⅱ”升级激光装置实验的激光等离子体高空间分辨和窄带宽的精密成像诊断需求，本文研究球面弯晶单色成像技术，并对其进行优化设计及实验验证。首先，使用光线追迹方法分析了成像像距、布拉格角、背光源尺寸等成像系统参数对球面弯晶成像性能的影响，分析了设计参数的变化对成像空间分辨能力的影响，并在X射线管上开展了测试验证实验。研究结果表明: 二维成像时，在等分辨成像像距处可以获得较好的成像结果，增大布拉格角可以抑制像差进而提高成像质量，更小的背光源尺寸也有助于提高成像的空间分辨率。测试实验获得了清晰的网格背光成像，成像结果与预期相符，空间分辨率优于14 μm。这一工作有助于球面弯晶成像系统的优化设计及其在激光等离子体精密诊断中的应用。
X射线成像 球面弯晶 光线追迹 单色成像 等离子体 X-ray imaging spherically bent crystal ray tracing monochromatic imaging plasma 光学 精密工程
2017, 25(11): 2852
1 中南大学 物理与电子学院, 长沙 410083
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
3 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
为改进用于X射线聚焦的二值化Gabor波带片目前所存在的结构复杂、不利于加工制作的问题, 在不改变梯形透过率函数的前提下, 通过将传统的梯形孔基元变为平行四边形基元应用于波带片的设计之中, 提出了一种聚焦效率更高的具有准单级聚焦特性的波带片。理论推导显示, 该波带片除了像Fresnel波带片一样能够消除偶数级的焦点外, 还可以消除3q级(q为整数)的焦点, 1/m4(m为焦点级数)的效率衰减系数也使得高级衍射得到了很好的抑制。MATLAB数值模拟的结果证明, 该波带片的特性不仅满足以上推论, 还具有比Fresnel波带片和环带扇形基元阵列波带片更低的背景噪声, 可以看作是一种准单级聚焦的新型波带片。此外, 在同一波带内, 这种基于平行四边形基元孔的波带片设计的透光区始终保持各处的径向宽度为该波带的一半, 且扇区结构简单一致, 能够降低不少加工难度, 易于推广应用。
Gabor波带片 准单级聚焦 衍射效率 平行四边形基元孔 zone plate quasi-single-order focusing diffraction efficiency duplicable sectors 强激光与粒子束
2017, 29(9): 091004
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
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。
梯形透过率光栅 光栅方程 单级衍射 光线追迹 trapezoidal transmission grating grating equation single-order diffraction ray-tracing 强激光与粒子束
2017, 29(2): 021001
