Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Precision Optical Engineering, MOE Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials, Shanghai Frontiers Science Center of Digital Optics, Shanghai Professional Technical Service Platform for Full-Spectrum and High-Performance Optical Thin Film Devices and Applications, School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
Curved crystal imaging is an important means of plasma diagnosis. Due to the short wavelengths of high-energy X rays and the fixed lattice constant of the spherical crystal, it is difficult to apply the spherical crystal in high-energy X-ray imaging. In this study, we have developed a high-energy, high-resolution X-ray imager based on a toroidal crystal that can effectively correct astigmatism. We prepared a Ge 5 1 1 toroidal crystal for backlighting Mo Kα1 characteristic lines (17.48 keV) and verified its high-resolution imaging ability in high-energy X-ray region, achieving a spatial resolution of 5–10 µm in a field of view larger than 1.0 mm.
laser plasma diagnostics toroidal crystal monochromatic X-ray imaging 
Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 103401
Author Affiliations
Abstract
1 ELI Beamlines Facility, The Extreme Light Infrastructure ERIC, Dolní Břežany, Czech Republic
2 Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Czech Technical University in Prague, Prague, Czech Republic
An optical probing of laser–plasma interactions can provide time-resolved measurements of plasma density; however, single-shot and multi-frame probing capabilities generally rely on complex setups with limited flexibility. We have demonstrated a new method for temporal resolution of the rapid dynamics ( $\sim 170$ fs) of plasma evolution within a single laser shot based on the generation of several consecutive probe pulses from a single beta barium borate-based optical parametric amplifier using a fraction of the driver pulse with the possibility to adjust the central wavelengths and delays of particular pulses by optical delay lines. The flexibility and scalability of the proposed experimental technique are presented and discussed.
off-harmonic optical probing plasma diagnostics ultrafast imaging 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(4): 04000e45
袁鹏 1陶弢 1,*郑坚 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学核科学技术学院等离子体物理与聚变工程系,安徽 合肥 230026
2 IFSA 联合创新中心,上海交通大学,上海 200240
提出了一种紧凑型偏振干涉仪,其能够在单一记录设备上同时获得等离子体干涉、偏振以及阴影图,通过单发测量即可求解磁感应强度。通过理论分析和参数仿真,确定了干涉仪的最优光学设置,明确了干涉仪的误差来源。干涉仪被成功应用于激光固体靶自生磁场的实验中,可成功测量到几百微米空间尺度、10 T量级的磁场。借助磁流体模拟与虚拟仪器建模,得到了磁场的合成诊断图像,模拟合成结果与实验结果显示出令人满意的一致性。这种紧凑型偏振干涉仪有望提升大激光装置的实验效率,也可以用于提高小激光装置的灵活性,能够有效降低磁场诊断的成本和风险。
测量 偏振干涉仪 自生磁场 激光等离子体 等离子体诊断 
光学学报
2023, 43(9): 0912002
李亚冉 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院智能红外感知重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083
受限于初始构型和光学加工能力,现有X射线成像诊断设备的最优空间分辨率被限制在3~5 μm。提出一种基于开放式Wolter构型的亚微米分辨率X射线显微镜。详细介绍了显微镜的光学结构、设计方法和关键参数。提出一种适用于Rayleigh-Taylor不稳定性诊断的大视场、高分辨率X射线显微镜的光学设计方案。开展了基于光线追迹的构型验证、像质仿真和系统响应效率评价。显微镜设计工作能点为2.5 keV,有效视场为±0.35 mm,在全视场范围内空间分辨率优于1 μm,几何集光立体角为3.73×10-5 sr,峰值响应效率为1.52×10-5 sr。
X射线光学 惯性约束聚变 等离子体诊断 Rayleigh-Taylor不稳定性 Wolter 多层膜 
光学学报
2023, 43(3): 0334002
作者单位
摘要
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台,上海200092
极紫外正入射光学系统广泛应用于生物结构显微成像、等离子体诊断、太阳物理观测和极紫外光刻等领域中,对其开展深入研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程研究所在极紫外正入射光学系统方面的最新进展进行介绍,列举了应用于超热电子诊断、微纳成像、极紫外辐照损伤及Z箍缩等离子体诊断等不同场景中的多套正入射光学系统。这些系统分别在相应的应用中实现了优异的性能表现:毫米级视场内微米级的空间分辨;几十微米级视场内亚微米的超高空间分辨;大数值孔径下的超高能量密度极紫外辐照及多能点多通道的时空间诊断。研究所在极紫外正入射光学系统研究中取得的进展为我国等离子体诊断设备的自主可控及高端制造装备的技术储备提供了有力支持。
极紫外 多层膜 Schwarzschild系统 等离子体诊断 成像系统 聚焦系统 extreme ultraviolet multilayer Schwarzschild system plasma diagnostics imaging system focusing system 
光学 精密工程
2022, 30(21): 2678
作者单位
摘要
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海200092
发展精密X射线诊断技术对于惯性约束聚变(ICF)物理过程的研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程技术研究所在高性能多层膜掠入射X射线光学方面的最新进展进行了较全面的介绍。针对ICF高时空分辨、能谱分辨和高集光效率诊断需求,从多通道掠入射X射线成像技术、多层膜掠入射X射线成像技术及应用效果几个方面,对目前研究进展进行了系统介绍。在多通道掠入射X射线成像方面主要介绍高分辨多通道KB成像系统及其高精度在线装调技术。在实现空间分辨优于5 μm、十六通道成像的基础上,采用 “物-诊断物镜-像”的高复位精度集成指示技术,有效保障了多通道KB系统的装置应用效果。在多层膜掠入射X射线成像方面,本文主要介绍多层膜分光器件的能谱调控和制备技术以及系统的精密瞄准技术。目前,多套基于多层膜阵列器件的多能谱X射线诊断设备已在激光装置上得到广泛应用,空间分辨率在3~5 μm,诊断能点达到4个,技术指标显著优于国外同类器件,为国内ICF诊断提供了有力支撑。
惯性约束聚变 等离子体诊断 多层膜 Kirkpatrick-Baez显微镜 高时空分辨 inertial confinement fusion plasma diagnostics multilayer Kirkpatrick-Baez microscope high spatiotemporal resolution 
光学 精密工程
2022, 30(21): 2783
作者单位
摘要
1 北京理工大学 物理学院,北京 100081
2 西安交通大学 电气工程学院,西安 710049
开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究,将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中,同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝,经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉(μm粒径)的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数,获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现,电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰,分别对应于金属丝电爆炸(一次冲击波)和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波,且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著,在300 mg铝粉的悬浮液环境中,二次冲击波峰值达到2.77 MPa,是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍,冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究,发现随着驱动源储能的增加,电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大,600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa,冲击波冲量也随储能增加而增加,在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s,储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。
金属丝电爆炸 冲击波 含能材料 等离子体诊断 脉冲功率技术 underwater electrical wire explosion shock wave energetic materials plasma diagnostics pulsed power technology 
强激光与粒子束
2022, 34(7): 075015
作者单位
摘要
同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室, 精密光学工程技术研究所, 上海 200092

在激光惯性约束聚变(ICF)研究中,涉及X射线时间、空间和能谱信息的等离子体诊断能够为数值模拟提供关键的实验数据支撑,有效推进对ICF关键物理问题的认识。以Kirkpatrick-Baez(KB)结构为代表的多通道掠入射系统是实现高分辨X射线时空成像的重要手段,在ICF诊断研究中有着广泛的应用。主要介绍了高分辨多通道KB成像系统的发展历史,梳理和分析了KB系统研制的瓶颈问题,在此基础上重点展示了国内近年来在基于多层膜光学的多通道KB诊断系统研制方面取得的研究进展。随着精密薄膜器件和掠入射X射线光学集成等关键技术的突破,多通道多层膜KB成像系统已经在我国ICF诊断研究中得到广泛应用,有力保障了国内ICF研究单位相关物理实验的开展。

X射线光学 激光惯性约束聚变 等离子体诊断 X射线成像 Kirkpatrick-Baez显微镜 多通道 X射线多层膜 
光学学报
2022, 42(11): 1134007
Author Affiliations
Abstract
1 MOE Key Laboratory of Advanced Micro-Structured Materials, Tongji University, Shanghai200092, China
2 School of Physics Science and Engineering, Tongji University, Shanghai200092, China
3 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang621900, China
High-resolution X-ray flash radiography of Ti characteristic lines with a multilayer Kirkpatrick–Baez microscope was developed on the Shenguang-II (SG-II) Update laser facility. The microscope uses an optimized multilayer design of Co/C and W/C stacks to obtain a high reflection efficiency of the Ti characteristic lines while meeting the precise alignment requirement at the Cu Kα line. The alignment method based on dual simulated balls was proposed herein, which simultaneously realizes an accurate indication of the center field of view and the backlighter position. The optical design, multilayer coatings, and alignment method of the microscope and the experimental result of Ti flash radiography of the Au-coned CH shell target on the SG-II Update are described.
flash radiography Kirkpatrick–Baez microscope plasma diagnostics X-ray imaging X-ray multilayer 
High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(3): 03000e42
作者单位
摘要
1 北京理工大学 物理学院静电研究实验室,北京 100081
2 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024
脉冲电流驱动金属丝电爆炸可产生具有较高能量密度的等离子体,并伴随脉冲电磁辐射、强冲击波等效应,广泛应用于Z箍缩、电热化学**、油气助采等领域;与纯金属相比,合金具备电阻率高、成分可调、相变复杂等特点,在电爆炸效应参数的调控方面具有很大潜力。开展了大气空气介质中铜、镍、铜镍(康铜)丝在微秒时间尺度电脉冲作用下电爆炸实验研究,通过放电参数与自辐射图像诊断,获取电爆炸过程放电参数与时空演变的特性规律,得到脉冲电流作用下合金电爆炸在相变与等离子体方面的特征。实验发现,在电爆炸早期,铜镍合金的高电阻率能够提高能量沉积效率:铜52%、镍74%、铜镍合金78%;而相爆开始后,合金丝负载则更接近纯镍丝负载性能。等离子体通道早期膨胀速率在5 mm/μs量级,随后迅速衰减;合金丝等离子体膨胀时间更久,击穿后平均电阻率上升缓慢,且等离子体辐射与金属爆炸产物在空间尺度上存在关联性。特别地,铜镍合金气溶胶分层同时具有横向和纵向特征(特征尺度10−1 mm),但整体较铜气溶胶更为均匀。
金属丝电爆炸 温稠密等离子体 光辐射 等离子体诊断 二元合金 纳米材料制备 electrical wire explosion warm dense matter optical emission plasma diagnostics binary alloy nano-powder preparation 
强激光与粒子束
2021, 33(6): 065010

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