1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
2 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出采用球面弯曲晶体作为透射式成像器件的硬X射线成像系统,其基本结构是一个具有各向同性的X射线点源和一个球面Laue透射晶体,该结构能够解决常用反射式晶体结构不易实现能量在8 keV及以上的硬X射线成像的难题。在成像系统中,X射线由微小点源辐射,经过置于球面晶体前面的成像网格物体后,由α-石英球面晶体透射,最后成像于晶体后方的检测器面上。讨论了球面透射晶体获取不同放大倍率图像的成像机理,利用射线追迹程序设计透射成像系统进行仿真。模拟结果表明,所提结构能够实现二维空间分辨成像。铜靶X射线管背光成像实验也证明实验结果与理论分析具有一致性。
光学学报
2022, 42(11): 1134011
1 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
2 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于晶体衍射的X射线诊断技术是大型激光装置及同步辐射装置上X射线光谱学诊断、材料分析与结构表征等研究领域中获取关键状态参数的重要技术手段。基于动力学衍射理论的晶体衍射效率计算分析与基于不同面型晶体的谱仪结构设计是X射线晶体谱仪的两大基础研究方向。对X射线动力学衍射理论等经典晶体衍射理论、不同晶体对象衍射计算方法的发展来由和最新进展进行了总结讨论;对不同结构X射线晶体谱仪的衍射聚焦特性、发展及应用进行了讨论;综合阐述X射线晶体谱仪涉及的X射线晶体衍射理论及各种谱仪衍射聚焦特性方面的创新点和进步点以及总体发展态势。
光学学报
2022, 42(11): 1134008
1 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
2 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对等离子体X射线成像诊断高空间分辨率的需求,本文提出了一种基于超环面石英晶体衍射聚焦元件的钛靶X射线高分辨率聚焦成像结构,研究分析了超环面晶体成像的原理及特性。为证明超环面晶体具有高空间分辨率特性,基于X射线衍射追迹原理对球面及超环面晶体的X射线衍射进行性能仿真,在保持射线源及成像物体不变的条件下,对比分析了不同晶体面形结构的衍射成像结果,计算得到球面晶体和超环面晶体在弧矢方向上的成像空间分辨率分别约为40 μm和5 μm。仿真结果表明超环面晶体作为X射线衍射分光元件较传统的球面晶体具有强聚焦、高空间分辨率的特点,是较为理想的X射线衍射分光元件。此外,本文利用特征峰能量为4.75 keV的钛靶激光装置、IP板以及超环面石英晶体完成了X射线背光成像实验研究,其中超环面石英晶体的子午面和弧矢面半径分别为295.6 mm和268.5 mm,晶格常数2d=0.2749 nm,实验获得了清晰的栅格成像图。实验结果表明该超环面石英晶体能够对钛靶X射线进行衍射成像,并能获得较高的成像空间分辨率。实验中获得的超环面石英晶体衍射的最终成像空间分辨率为10 μm。
材料 超环面石英晶体 X射线衍射 聚焦 成像空间分辨率 中国激光
2021, 48(21): 2103002
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Optoelectronic Technology and Systems of the Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400044, China
2 College of Optoelectronic Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China
3 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
In spectral diagnostic physics experiments of inertial confinement fusion, the spectral signal is weak due to the low diffraction efficiency when using bent crystals. A spectral diagnostic instrument with high efficiency and wide spectral range is urgently needed. A multi-curvature bent crystal with multi-energy focusing ability is proposed based on the traditional conical crystal geometry. It has advantages of wide spectral range, strong focusing ability, and high spectral resolution. It also can eliminate the imaging aberration in principle due to rotational symmetry for the incoming X rays. A spectral diagnostic experiment based on a fabricated multi-curvature α-quartz crystal was accomplished using a titanium X-ray tube of the bent crystal, and the corresponding experimental data using a plane α-quartz crystal was also acquired to demonstrate the strong focusing ability. The result shows that the Kα intensity of the multi-curvature α-quartz crystal is 157 times greater than that of the plane crystal, and the corresponding energy range is about 4.51–5.14 keV. This diagnostic instrument could be combined with a streak camera at a vertical direction so as to intensify the diffracted X-ray signal with a wide spectral range.
inertial confinement fusion X-ray crystal spectrometer multi-curvature bent crystal X-ray diffraction Chinese Optics Letters
2020, 18(11): 113401
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400044
为了在聚爆装置上对目标靶进行光谱分析及成像诊断, 设计了超环面晶体 X射线成像系统。从理论上分析了 Johann型弯曲晶体结构的成像像差, 利用模拟软件对基于布拉格结构的弯晶系统进行仿真成像, 研究布拉格角与成像空间分辨力的关系。采用 Oxford射线管、 X射线检测器及云母超环面晶体对金属网格进行了 X射线背光成像实验, 实验获得了网格的 X射线图像及铜的 Kα射线光谱, 结果表明超环面晶体能够进行微米级的高分辩成像, 也可用于检测 X射线光谱。
X射线光谱 成像 分辨力 超环面晶体 X-ray spectrum imaging resolution toroidally bent crystal
重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
为了提高紫外光通信系统的光功率利用率和降低该系统的误码率,提出了利用PPM和CRC码对紫外光通信系统进行研究的方法。主要是研究PPM调制和CRC码编码关键技术,包括PPM实现的方式、CRC算法的硬件实现、异步时钟域数据处理等。测试结果表明,设计的系统在数据传输速率为9.6 Kb／s时,采用CRC反馈重发纠错模式,可以使误码率可以降低到10-6,实现PPM和CRC码在紫外通信系统中的应用。
脉冲位置调制 循环冗余校验码 现场可编程门阵列 紫外通信 PPM CRC FPGA ultraviolet communication
1 重庆工商大学 重庆市发展信息管理工程技术研究中心, 重庆 400067
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所 冲击波物理与爆轰物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
研制了激光等离子体极化光谱仪, 用于诊断波长为0.2~20 nm的激光等离子体X射线的极化度并推断等离子体内部的各向异性状态。设计的谱仪在电子束垂直入射面内正交布置的色散元件均为PET晶体, 两通道均用成像板接收光谱信号, 其有效面积为30 mm×80 mm, 从光源经晶体到成像板的光程分别为980 mm和310 mm。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心20 J激光器上进行固体靶实验, 获得了Al离子类氦谱线, 经过对类氦共振线和互组合线校正, 推算出两谱线的极化度分别为0.123 3和0.148 1。结果表明, 激光等离子体内部存在弱各向异性, 该谱仪适用于激光等离子体极化光谱的诊断。
极化光谱仪 光谱测量 X射线诊断 激光等离子体 极化度 polarized spectrometer spectral measurement X-ray diagnosis laser-produced plasma polarization 光学 精密工程
2011, 19(12): 2821
1 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
设计了可用于X射线成像用的聚焦型超环面晶体谱仪，讨论了基于布拉格几何结构的超环面及球面弯曲晶体聚焦特性，给出了基于超环面晶体X射线2维单能成像的光源、晶体及探测器的最佳位置，在中国工程物理研究院激光聚变研究中心进行了X射线背光成像实验。利用超环面弯曲晶体作为成像器件，其弧矢及子午平面的曲率半径分别为290 mm及190 mm，该曲面晶体具有极高的聚光效率。实验中利用X射线成像板获取了Cr的Kα射线辐射形成的金属栅格2维图像。实验结果表明,研制的超环面晶体能够用于X射线单能成像;分析图像的光谱信息可知,在弧矢方向的空间分辨力约为100 μm，实验结论符合预期目标。
X射线光谱 超环面晶体 X射线成像 空间分辨 X-ray spectroscopy toroidally bent crystal X-ray imaging spatial resolution 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2659
1 重庆工商大学 重庆市发展信息管理工程技术研究中心，重庆 400067
2 重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400030
为了准确诊断激光等离子体的电子密度，提出了一种基于极化光谱的类氦共振线与互组合线相对强度比诊断电子密度的方法.该法考虑了激光等离子体发射的X射线存在极化的特性，用极化光谱理论对测量的类氦共振线和互组合线光谱相对强度比进行精密校正，再推导等离子体的电子密度.在2×10 J激光装置上进行了实验，使用极化PET(002)晶体谱仪测量了Al类氦离子光谱，利用光谱的极化特性推出Al等离子体的电子密度约为1.5×1020 cm－3.结果表明极化X光谱推导等离子体电子密度方法适合激光高温高密等离子体诊断.
电子密度 极化晶体光谱仪 X射线光谱 激光等离子体诊断 Electron density Polarizted crystal spectrometer X-ray diagnosis Laser-produced plasma
