1 哈尔滨工业大学（威海）理学院，山东 威海 264209
2 哈尔滨工业大学物理学院，黑龙江 哈尔滨 150001
3 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室，上海 201800
4 上海交通大学IFSA协同创新中心，上海 200240
5 中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心，北京 100190
在惯性约束聚变及实验室天体物理研究中，均需要对等离子体的形态进行清晰的成像，同时具有单色、高分辨、大视场的X射线球面弯晶背光成像是其中一项关键的诊断技术。本文首先对球面弯晶背光成像技术的成像性能进行分析，获得了空间分辨率、成像效率等性能参数随成像系统设计参数变化的关系。在此基础上，利用神光II高功率激光辐照Si靶，激发产生1.865 keV的Heα线，对球面弯晶背光成像系统的性能进行实验验证。实验得到清晰的网格图像和生物样品图像，实验结果与理论计算值相符，成像分辨率达到4.8 μm。该工作满足X射线弯晶成像高分辨率的要求，可用于惯性约束聚变等相关实验中激光等离子体的精密诊断。
X射线 球面弯晶 背光成像 空间分辨 光学学报
2023, 43(19): 1934001
1 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室，上海 200092
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，绵阳 621900
提出了一种采用球面弯晶聚焦结构获得高亮度桌面型单能X射线的方法。在子午方向利用晶体色散实现单能、在弧矢方向通过球面镜聚焦提高光强。理论建模和光学仿真评估了该结构的色散和聚焦性能，验证了球面弯晶聚焦结构相对于柱面弯晶在聚焦特性上的显著优势。针对Al靶Kα1线单能需求，设计和装调了基于低功率Al靶X射线管的单能装置，并实验验证了其性能。结果显示，当X射线管工作在7 W功率条件下，CCD曝光10 min，Al靶Kα1线全视场光谱的探测器计数大于2×105，能谱展宽约为0.592 eV；引入200 μm限束光阑，能谱展宽进一步减小至0.493 eV，探测器计数约为2×104。研究结果证实了该装置可以有效获得高亮度Al靶Kα1谱线，也为精确测量光学器件和系统的光谱特性提供了一种新的获得高亮度单能X射线的技术途径。
球面弯晶聚焦 高亮度 高单能性 桌面型 X射线源 Spherical bent-crystal focusing structure High intensity High monochromaticity Desktop X-ray source
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 四川大学原子与分子物理研究所, 四川 成都 610065
在基于大型激光装置的惯性约束聚变实验研究中,球面弯晶成像是一种能够实现准单能高分辨成像的测量技术。采用类点投影的高分辨背光排布设计,在万焦耳级神光系列激光装置中,球面弯晶成像系统被应用于流体力学不稳定性和内爆压缩流线等多种激光等离子体实验研究中。在球形样品烧蚀压缩过程界面轨迹测量应用中,球面弯晶成像具有大视场、准单色和背光分布自匀滑等优势。在不改变成像系统排布参数的条件下,通过对成像参数的设计优化,平衡了子午方向和弧矢方向分辨率对一维界面轨迹测量的影响。在使用具有更大尺寸的背光源条件下,实现了界面轨迹吸收图像空间分辨率的提高,并且有效提升了图像的信噪比。将优化的球面弯晶成像系统与替代靶设计相结合,实现了2.1%的内爆速度测量精度。
光学学报
2022, 42(11): 1134012
1 同济大学 教育部先进微结构材料重点实验室, 上海200092
2 同济大学 物理科学与工程学院, 上海200092
基于动态X射线荧光成像技术对高集光效率、单色化成像诊断设备的需求，提出了一种四通道球面弯晶成像系统设计。采用“圆锥体”空间排布方式，解决了多个通道耦合问题。通过调整弯晶姿态，实现了像点的合理分布。针对4.51 keV能点，采用Ge(400)球面弯晶作为成像元件，给出了四通道弯晶成像系统的光学初始结构参数。在实验中利用Ti靶X射线光管，对单个通道进行了网格背光成像，获得的二维图像放大倍数为7.8倍，空间分辨率达到15 μm，初步验证了系统的成像性能。四通道弯晶成像系统与分幅相机结合，能有效解决动态X射线荧光成像技术信号弱、图像信噪比低的技术难点。
球面弯晶 动态X射线荧光成像 单色成像 空间分辨率 spherically bent crystal dynamic X-ray fluorescence imaging monochromatic imaging spatial resolution 强激光与粒子束
2019, 31(5): 052001
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 等离子体物理重点实验室， 四川 绵阳 621900
为满足“神光Ⅱ”升级激光装置实验的激光等离子体高空间分辨和窄带宽的精密成像诊断需求，本文研究球面弯晶单色成像技术，并对其进行优化设计及实验验证。首先，使用光线追迹方法分析了成像像距、布拉格角、背光源尺寸等成像系统参数对球面弯晶成像性能的影响，分析了设计参数的变化对成像空间分辨能力的影响，并在X射线管上开展了测试验证实验。研究结果表明: 二维成像时，在等分辨成像像距处可以获得较好的成像结果，增大布拉格角可以抑制像差进而提高成像质量，更小的背光源尺寸也有助于提高成像的空间分辨率。测试实验获得了清晰的网格背光成像，成像结果与预期相符，空间分辨率优于14 μm。这一工作有助于球面弯晶成像系统的优化设计及其在激光等离子体精密诊断中的应用。
X射线成像 球面弯晶 光线追迹 单色成像 等离子体 X-ray imaging spherically bent crystal ray tracing monochromatic imaging plasma 光学 精密工程
2017, 25(11): 2852
中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
基于球面弯晶设计了一套二维分辨的单色成像系统,使用光学仿真软件对系统进行了成像模拟。对金网格进行了背光成像, 获得了8.048 keV的单色网格成像, 空间分辨率可达9 μm。在神光II(SG-II)升级激光装置上, 利用该成像系统成功获取了二维锥靶的Kα自发光单色图像。结果表明, 该成像系统能够胜任快点火物理实验中超热电子的诊断。
X射线光学 单色成像 球面弯晶 超热电子 激光等离子体 光学学报
2016, 36(12): 1234001
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
介绍了基于球面弯晶的X射线高分辨单色背光成像技术。通过对球面弯晶背光成像系统的分析，获得成像关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系，设计了应用于神光Ⅱ激光装置的单色背光成像系统。利用石英球面弯晶，采用Mg的类H共振发射线以及利用云母球面弯晶，采用Mo连续谱中3.14 keV能点进行背光实验，获得了内爆靶丸的单色投影图像，空间分辨在较大范围内好于5 μm。这种成像技术在现阶段惯性约束聚变(ICF)实验研究中能够发挥许多重要的作用，特别是对内爆靶丸压缩流线的测量和流体力学不稳定性的诊断。
球面弯晶 背光成像 空间分辨 能谱分辨 spherically bent crystal backlight spatial resolution spectral resolution 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3119
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
利用石英(1010)球面弯晶作为X光成像元件，自主研制了应用于神光系列激光装置上的高分辨球面晶体X光成像系统。在实验中利用Mg作为背光材料，获得四周期网格子午方向放大倍数13.95倍、弧矢方向放大倍数11.61倍、中心能点1.472 keV、分辨率达到4 μm的X光图像，其谱分辨达到1.2×10-4。它为在激光惯性约束聚变内爆、流体不稳定性等物理实验中X光测量提供了重要诊断手段。
球面弯晶 单色成像 高分辨 静态图像 Spherically bent crystal monochromatic imaging high resolution static image
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
通过对球面弯晶背光成像系统的分析, 获得了空间分辨率、能量分辨率等关键性能参数随成像系统设计参数变化的关系。利用这一关系对背光成像系统的不同成像方式应用进行分析, 并用光路追踪模拟进行验证。在此基础上, 利用X射线衍射仪开展了单能成像系统的成像演示实验, 获得与模拟和数值分析一致的结果。通过对成像系统的设计优化, 这种高分辨单能成像技术将能够在神光激光装置上开展的物理实验中获得广泛应用。
球面弯晶 背光成像 空间分辨 spherically bent crystal backlight imaging spatial resolution
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
为了诊断等离子体X射线, 利用X射线布拉格衍射原理研制了球面弯晶谱仪。实验采用α-石英作为其晶体分析器色散元件, 晶体弯曲半径为250 mm, 布拉格角为30°～67.5°; 采用接收面积10 mm×50 mm的X射线胶片作为摄谱器件, 接收等离子体X射线谱线信息。通过在“阳”加速器装置上进行实验, 得到了钛等离子体X射线K壳层激发谱线信息, 其光谱分辨力可达到1 000以上, 光谱带宽约为0.43 eV。
球面弯晶谱仪 X射线诊断 布拉格衍射 晶体分析器 光谱分辨力 spherically bent crystals spectrometer X-ray diagnosis Bragg diffraction crystal analyzer spectral resolution 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2313
