给出了适用于0.1~5 keV的平响应X射线光阴极的设计方案.采用两层不同厚度、相同面积的相同金属材料制备X射线光阴极, 两金属层的厚度和微观结构经过优化后, 在惯性约束聚变实验感兴趣的能区具有良好的平响应特征, 不需要复杂的解谱过程.选取4种不同的光阴极材料, 改变厚度和占空比设计, 计算得到了光阴极不平整度.模拟结果表明, 该光阴极在0.1~5 keV能量响应基本一致, 不平整度优于5%.

实验测量了神光 -III原型装置上脉冲强激光与金属靶相互作用产生的电脉冲辐射, 电脉冲峰值梯度为 3 kV/m, 频谱范围大约在 50 MHz～2 GHz, 在 160 MHz等处有明显的特征峰, 信号持续时间大约 60 ns。本文研究表明电偶极辐射是打靶过程产生电磁脉冲信号的来源之一, 由理论模型计算得到频率为 160 MHz的特征峰, 并计算出探测点电场脉冲峰值梯度约为 2 kV/m, 辐射总功率约 105 W, 能量转换率约 10-6, 辐射功率近似正比于激光能量的 4/3次方, 可见激光能量越大, 功率密度越高, 电脉冲的辐射强度越大。大型激光装置上的激光与靶作用产生的电磁脉冲测量, 对大型激光装置产生的电磁辐射的防护有重要指导作用, 在等离子体诊断等领域也有潜在应用价值。

设计了一种错位双光栅色散元件,与条纹相机耦合实现了0.1~5 keV范围X射线时间分辨谱的测量.该色散元件由2 000 lp/mm和5 000 lp/mm两块子光栅在空间错位排布而成,低密度光栅测量低能段软X射线(100~1 000 eV),高密度光栅测量中能段软X射线(1 000~5 000 eV),通过空间错位实现能谱拼接.在同步辐射源上使用单色能点对其进行标定,获得了错位双光栅衍射效率的实验结果.根据光栅的结构特性,结合标定结果与严格耦合波分析理论,计算得到了100~5 000 eV能区光栅的绝对衍射效率曲线,并给出了错位双光栅的解谱方法.该错位双光栅能够有效提升透射光栅谱仪的性能,为高温等离子体诊断提供宽谱X射线时间分辨谱定量测量.

利用时域有限差分方法,模拟了P偏振光高斯光束入射到金属银亚波长细缝与光栅结构的透射情况.由于表面等离子激元波的影响,对称光栅结构透射光呈现对称出射,而非对称结构可以实现小角度定方向的光束集束现象.借助公式推导法及Helmholtz互易定理,可设计出平行入射P偏振光的光束集束器件.由于高斯光束本身的发散性及近场分布的需要,针对高斯光束的器件在结构参量上缩小了12%.在对其他结构参量的优化的基础上,实现了针对633 nm高斯光束的对称出射及光束集束器件的设计.

填充率渐变引起的能带结构和等频面结构的变化是填充率渐变型波状结构二维(2D)光子晶体(PC)产生光路转弯现象的根本原因,由于TM模和TE模在能带结构上存在差异,光路转弯现象就具有明显的偏振选择特性,能够实现归一化频率a/λ为0.29～0.33的偏振分束。利用时域有限差分(FDTD)法模拟了TM模的U型转弯波导,发现出射光位置对入射波长和入射角的变化很敏感,位移变化量分别达到0.38 μm/10 nm和0.29 μm/(°)。利用TM模的U型转弯波导构建了新型的平行平面谐振腔,并指出由填充率渐变型波状结构二维光子晶体和一维多层薄膜构成的混合结构在光分束和抑制光束发散方面的作用及其在平行平面谐振腔中的潜在应用。