湖南师范大学物理与电子科学学院，湖南 长沙 410081
单光子雪崩二极管（SPAD）可以检测到异常微弱的光信号，可广泛应用于目标跟踪、自动驾驶、荧光检测等领域。本文基于180 nm标准双极-互补金属氧化物半导体-双扩散金属氧化物半导体（BCD）工艺，设计了一种低过偏压下具有高光子检测概率（PDP）的SPAD器件。该器件在440~740 nm范围内具有良好的光谱响应。采用半径为10 μm的N+/P阱形成PN结作为感光区域，由N阱形成一个能有效防止边缘击穿的保护环。应用计算机技术辅助设计（TCAD）软件对SPAD的基本工作原理进行了定性分析，并通过建立的测试平台获得了设备的实际电气参数。测试结果表明，在1 V的过量偏置电压下，在480~660 nm的波长范围内，该器件可达到30%以上的PDP。在560 nm时，PDP峰值为42.7%，暗计数率为11.5 2。最后通过设计VerilogA混合模型验证了器件的模拟结果和实测结果之间具有良好一致性。
单光子雪崩二极管 光子探测概率 暗计数率 光谱响应 VerilogA模型 光学学报
2023, 43(23): 2313001
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学研究院高能物理研究所, 北京 100049
3 中国科学研究院上海同步辐射光源, 上海 201204
在惯性约束聚变实验研究中,硬X光能谱的定量诊断设备滤波荧光谱仪的核心探测元件为硬X光闪烁探测器。鉴于此,建立一种基于半导体硬X光二极管的硬X光探测器能量灵敏度校准方法,其具有快速简便的优点,量值溯源不依赖放射源强度,校准不确定度为7%。首先,利用该方法分别在硬X光机和上海同步辐射光源上实现对碘化钠和氟化钡闪烁探测器在不同能量灵敏度范围的能量灵敏度校准。其次,使用蒙特卡罗模拟程序Geant4计算两种类型探测器的理论灵敏度曲线,并与校准实验结果进行比较分析,将校准数据外推到整个能量范围(10~100 keV)。最后,将该方法应用到真空隔离片能量透过率的精密校准,低灵敏BaF2闪烁探测器的校准结果可应用于高亮度硬X光源实验的研究。
光学学报
2022, 42(11): 1134014
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
惯性约束聚变实验对数据测量精度有着很高的要求，诊断设备需要向绝对测量的方向发展，对标定提出了很高的要求。北京同步辐射装置（BSRF）提供了良好的标定光源，其光源特性，如高次谐波份额的数值研究，对标定工作和ICF精密诊断十分重要。通过测量BSRF上4B7B光束线的软X射线源上带有或不带有滤片的标准探测器的电流，研究了不同滤片对单色X射线的透射率曲线，并建立了拟合的理论透射率曲线。根据数据分析，计算出单色光源中二次谐波的比例。实验结果显示，二次谐波在软X射线能段主要集中在180~300 eV以及450~800 eV，所占份额大部分在15%以下，最大可达到25%左右。利用测量的高次谐波份额，开展了对平响应滤片透过率以及X射线二极管灵敏度的修正工作，修正后的结果和理论相符，极大地提高了诊断设备精密诊断能力。完整的理论模型和实验相互验证，说明基于滤片的高次谐波份额测量技术目前已经成熟并且具有广阔的应用前景。
惯性约束聚变 同步辐射 标定 高次谐波 inertial confinement fusion synchronous radiation calibration high-order harmonics 红外与激光工程
2020, 49(8): 20200072
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100088
基于新建成的神光Ⅲ主机装置开展了首次激光间接驱动内爆集成实验。国内首次采用多环脉冲整形激光注入黑腔产生X光辐射驱动内爆，通过优化激光打靶参数控制驱动不对称性，演示了以惯性压缩为主、收缩比约15倍的DT靶丸内爆实验能力， 实现了准一维的高静产额(YOC)和高中子产额的物理指标；其中，真空黑腔DT靶丸最高中子产额为1.9×1012，YOC达到60%；充气黑腔DT靶丸最高中子产额为2.4×1012，YOC大约70%。该实验为未来开展多台阶整形辐射驱动、更高倍数收缩比的高压缩内爆综合实验、验证点火靶物理设计和关键调控措施有效性奠定了基础。
激光间接驱动 集成实验 惯性压缩 中子产额 laser indirect-driven integrated experiment inertial compression neutron yield 强激光与粒子束
2016, 28(8): 28080101
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国原子能科学研究院, 北京 100049
根据NaI(Tl)闪烁探测器可用于单光子计数的特性, 探索了一种测量放射源入射下闪烁探测器脉冲电荷谱来实现其绝对灵敏度标定的方法。实验对标定系统的电荷数字转换记录器进行了绝对标定, 得到了用于ICF实验中重要诊断设备滤波-荧光谱仪的NaI(Tl)闪烁探测器的绝对灵敏度。灵敏度标定数据不确定度小于10%, 较传统的放射源标定方法(15%)显著提高, 同时标定能量范围扩大到100 keV以上。最后, 实验结果与Geant4模拟程序计算的结果进行了比对, 符合得较好。
闪烁探测器 单光子计数 灵敏度 标定 scintillator single photon counting sensitivity calibration 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032022
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
激光间接驱动惯性约束聚变利用辐射烧蚀驱动靶丸球形内爆, 在减速阶段将内爆动能转化成热斑内能, 同时压缩燃料, 达到点火条件, 实现聚变点火。根据目前认识, 影响内爆压缩过程的主要因素包括内爆对称性、燃料熵增因子、内爆速度和混合。内爆物理实验研究的目的是发展对上述影响因素的实验表征方法, 获取这些影响因素随靶设计参数的变化规律, 建立相应的实验调控能力, 最终达到不断提升内爆性能的目的。为此, 在内爆对称性方面, 开展了Bi球自发光实验, 用于研究点火脉冲前2 ns驱动不对称性; 在内爆速度方面, 开展了球面弯晶单能流线实验, 测量得到内爆速度和剩余质量随时间的变化; 在混合方面, 开展了内壳层示踪涂层内爆混合实验, 测量得到环形发光图像。为考察综合内爆性能, 在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上开展了DT内爆实验, 获得了中子产额随初始靶参数的变化规律。
惯性约束聚变 内爆 内爆对称性 流体力学不稳定性 inertial confinement fusion implosion implosion symmetry hydrodynamic instability 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032015
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
总结了在神光Ⅲ原型激光装置上开展的一系列黑腔物理实验研究, 从多个方面研究了黑腔内部等离子体状态和辐射场特性。用真空黑腔能量学研究获得了散射光、辐射温度和不同能段辐射流份额的定标规律, 从能量学角度梳理和分析了整个激光黑腔相互作用过程。通过对黑腔中充入低密度低Z气体抑制了腔壁等离子体运动, 明显减少了可能造成靶丸预热的金M带辐射流(1.6~4.4 keV)份额。针对黑腔内部不同区域等离子体, 研究了光斑区等离子体的运动, 分析了其与电子热传导限流因子的关系; 研究了冕区等离子体的运动, 分析了不同充气等离子体条件对其的影响; 在同一发次实验中同时测量了光斑区与再发射区的辐射流比值。
激光聚变 间接驱动 黑腔物理 能量学 辐射流 laser fusion indirect drive hohlraum physics energetics radiation flux 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032014
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
利用滤波荧光(FF)法建立了5~88 keV能区硬X光能谱测量系统，对闪烁探测器的灵敏度进行了精密标定，不确定度好于10%。通过研究干扰产生的原因，改善系统屏蔽，有效地排除了干扰，提高了系统的信噪比;通过更换大电流的光电倍增管，改变准直光阑的尺寸和滤片的厚度，将测量系统的线性动态范围从4提高到104。在神光Ⅲ原型物理实验中定量给出Au平面靶硬X光谱，实现硬X光能谱的精密测量。
硬X光 滤波荧光 超热电子 能谱 hard X-ray filter-fluorescer suprathermal electron spectrum 强激光与粒子束
2014, 26(11): 112007
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院高能物理研究所, 北京 100049
3 中国科技大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
描述了在北京同步辐射装置(BSRF)4B7B软X射线上，通过多种方法进行高次谐波抑制,采用复合滤片消除高能区低能X射线等性能改进方法使光源的高次谐波含量小于1%、能量分辨优于3000，无杂散光。在4B7B光束线上开展了X 射线探测器（XRD）灵敏度、平面镜反射率和滤片透射率的标定方法研究，XRD灵敏度标定不确定度优于3%，平面镜反射率标定不确定度小于3.5%，滤片透射率标定不确定度优于1%。
X射线光学 同步辐射 标定 不确定度 光学学报
2014, 34(10): 1034002
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
3 中国原子能科学研究院, 北京 102413
在北京同步辐射装置的4B7A中能X光束线上，光源能区为2.1~6.0 keV，能量分辨大于5000，高次谐波小于0.1%，光源强度大于109 光子/s。通过全能区多能点的透过率精确测量Ag样品质量厚度，然后采用Ag薄膜对单能X光子的透过率进行测量，给出了Ag薄膜在吸收边(3.4~3.9 keV)的衰减系数 。建立了Ag样品吸收边附近衰减系数同步辐射测量方法。通过不确定度分析给出衰减系数测量不确定度小于1％，填补了在该区间衰减系数的空白。
衰减系数 同步辐射 吸收边 不确定度 attenuation coefficient synchronous radiation absorption edges uncertainty 强激光与粒子束
2014, 26(7): 074006
