强激光与粒子束
2022, 34(12): 122004
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
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
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 清华大学工程物理系, 北京 100084
3 北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094
X射线荧光成像技术具有局域探测能力,适合诊断复杂几何构型流体运动,在实验室天体物理、惯性约束聚变等高能量密度物理领域具有重要的应用前景。基于神光Ⅲ原型激光装置,开展了X射线荧光成像的原理验证实验。实验采用聚4-甲基-1-戊烯泡沫掺杂TiO2纳米颗粒为静态客体,以钒等离子体辐射为荧光泵浦源,以平晶谱仪为分光和成像设备,成功获得了钛原子K壳层荧光的一维空间分辨强度轮廓。基于荧光产生和平晶成像原理,对荧光信号强度进行了定量估算,结果表明,模拟和实测荧光强度轮廓符合较好。该工作可为X射线荧光成像技术在复杂几何构型流体实验中的应用提供参考。
X射线光学 X射线荧光成像 平晶谱仪 掺钛泡沫 高功率激光器
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
基于纳秒高功率激光辐照高原子序数靶材产生的等离子体M壳层X射线辐射, 利用椭圆柱面晶体谱仪进行薄膜单晶Si样品的K边X射线吸收近边结构谱(XANES)静态实验研究；通过详细介绍实验方案, 分析椭圆柱面晶体谱仪的原理, 得到谱仪的位置-能量色散关系, 并对Au、Lu、Yb、Dy、Ta、Co 这6种靶材产生的等离子体X射线光谱进行比较。结果表明：通过比较这6种靶材产生的等离子体X射线光谱后发现, 在Si的K边(1839 eV)附近, Lu、Yb、Dy靶材的激光等离子体M壳层辐射相对其他几种靶材具有较高的光谱亮度, 对应的XANES的信噪比较好；实验获得的XANES与FEFF9.0软件计算结果基本符合, 验证了单发获得的静态实验数据是可靠的。
光谱学 X射线吸收近边结构谱 激光等离子体 椭圆柱面晶体谱仪
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621909
研制了高精度在线准直、超宽光谱范围和高能谱分辨的在线凸圆柱面弯晶谱仪。使用耦合针状CsI(Tl)闪烁体的大面阵CMOS相机对X射线光谱进行在线测量, 用QTZ(1010)(2d=0.851 2 nm)X射线晶体的能谱测量范围是1.84 ~7.38 keV, 能谱分辨880@2.375 keV, 动态范围≥1 000。在神光-Ⅲ主机高功率激光装置上, 对钛激光等离子体发射的X射线谱进行实验测量,获得了优质的光谱图像; 对钛离子X射线精细结构光谱进行了辨识,与理论计算和其他实验结果吻合。该谱仪用于神光-Ⅲ主机通用诊断搭载平台, 具有抗瞬发超强电磁脉冲干扰能力, 工作稳定。
弯晶谱仪 在线测量 电磁脉冲 钛激光等离子体 convex crystal spectrometer on-line measurement electron magnet pulse Titanium laser-produced plasmas 红外与激光工程
2017, 46(8): 0820001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Modern Physics & CAS Key Laboratory of Geospace Environment, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
3 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China
Two transmission curved crystal spectrometers are designed to measure the hard x-ray emission in the laser fusion experiment of Compton radiography of implosion target on ShenGuang-III laser facility in China. Cylindrically curved -quartz (10–11) crystals with curvature radii of 150 and 300 mm are used to cover spectral ranges of 10–56 and 17–100 keV, respectively. The distance between the crystal and the x-ray source can be changed over a broad distance from 200 to 1500 mm. The optical design, including the integral reflectivity of the curved crystal, the sensitivity, and the spectral resolution of the spectrometers, is discussed. We also provide mechanic design details and experimental results using a Mo anode x-ray source. High-quality spectra were obtained. We confirmed that the spectral resolution can be improved by increasing the working distance, which is the distance between the recording medium and the Rowland circle.Foundation of China under Grant Nos. 11105147, 11375197 and 11175179.
curved crystal spectrometer curved crystal spectrometer hard x-ray hard x-ray laser fusion laser fusion High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(1): 010000e2
1 中国科学技术大学 近代物理系, 基础等离子体物理实验室, 合肥 230026
2 中国科学技术大学 中国科学院近地空间环境重点实验室, 合肥 230026
3 中国科学技术大学 核科学技术学院, 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
根据布拉格衍射定律和晶层模型,推导了透射式柱面弯晶谱仪的三维衍射光路的理论公式,并利用该理论研究了谱仪测量光谱的能量刻度问题。在考虑了实验中谱仪与光源的准直度和记录介质放置姿态带来的误差后,发现利用多种滤片的K吸收边进行公式拟合得到弯晶谱仪能量刻度曲线的方法对低能X射线谱线的误差较大,进而提出了用单滤片通过理论公式模拟计算进行谱仪能量刻度的方法。通过对透射式柱面弯晶谱仪测量到的Ag靶X光机的实验光谱进行能量刻度,实现了用单滤片在线定标弯晶谱仪,验证了理论公式和能量刻度方法的正确性。
透射式弯晶谱仪 柱面弯晶 三维衍射光路 能量刻度 硬X射线诊断 transmission curved crystal spectrometer cylindrically curved crystal three-dimensional X-ray diffraction optical path energy calibration hard X-ray diagnosis 强激光与粒子束
2014, 26(10): 102006
1 中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 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
3 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室, 重庆 400030
为诊断激光驱动金属靶产生X射线背光源的性能，利用椭圆聚焦特性，研制了一种背光椭圆晶体谱仪。谱仪的色散分析元件为云母(002)晶体，椭圆弯晶的焦距为1350 mm,离心率为0.9586。激光束以30°角斜入射背光薄靶，且与椭圆弯晶长轴方向垂直。背光椭圆弯晶谱仪的布拉格入射角为50°～67°，衍射探测角为100°～120°，探测的波长为0.14～0.16 nm，采用X射线CCD相机接收信号。利用神光Ⅱ激光装置7#和8#激光器同时聚焦轰击10 μm厚的Cu平面背光薄靶，CCD成功获取了Cu等离子体X射线的类氦和Kα谱线。经解谱发现谱线有明显基底，用最小二乘法差值去噪处理后，实测谱线分辨率(λ/Δλ)大于700。
光谱学 等离子体光谱学 椭圆弯晶谱仪 神光Ⅱ 激光等离子体 X射线背光源
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
为了满足激光等离子体X射线光谱测量的需要，提出了一种利用平面晶体谱仪记录得到的弯曲谱线来进行波长标定的新方法。传统的参考谱线法需要已知两条以上谱线的确切波长才能进行波长标定，而利用弯曲谱线可以在不知道任何谱线信息的情况下进行波长标定。通过对实验中所获得的铝等离子体Heα自发射谱线弯曲图像的分析，得到在目前所使用的谱仪条件下，该方法的波长定标精度可以达到2×10-4 nm。
激光等离子体 平面晶体谱仪 参考谱线 弯曲谱线 laser plasma planar crystal spectrometer reference lines curved spectral line 强激光与粒子束
2014, 26(1): 012009
