用于测量激光等离子体X射线的椭圆弯晶谱仪

研制了一种椭圆弯晶谱仪用于测量0.44～0.81 nm激光等离子体X射线光谱.该谱仪采用X射线CCD作探测器,用PET(2d＝0.874 nm)晶体作色散和聚焦元件,将晶体弯曲并粘贴在离心率和焦距分别为0.9586和1350 mm的椭圆形不锈钢基底上.对该谱仪在"星光Ⅱ"激光装置上进行了打靶实验,实验结果表明其光谱分辨率接近1000.     

软X射线椭圆晶体谱仪的研制

为了测量激光等离子体软X射线的空间和时间分辨光谱,研制了一种新型的双通道椭圆晶体谱仪,椭圆的离心率和焦距分别为0.9586和1350mm。将两个完全相同的椭圆晶体分析器进行上下对称布置,在上通道用软X射线CCD相机测量空间分辨光谱,在下通道用软X射线条纹相机测量时间分辨光谱。利用KAP椭圆晶体作色散元件,测量的波长范围是1.33~2.46nm。首次在“星光Ⅱ”激光装置上进行了打靶实验,利用该谱仪配软X射线CCD相机获取了钛激光等离子体X射线的光谱,实验结果表明该谱仪的最高光谱分辨率可以达到1173。     

双通道椭圆弯晶谱仪的光学设计

根据椭圆几何光学和X射线晶体的布拉格衍射原理,进行了弯晶谱仪的光学设计.设计的椭圆离心率和焦距分别是0.958 6 mm和1 350 mm,椭圆的弧长是125.64 mm,光路的光程为1 443.30 mm;布拉格衍射角为30～67.5°,谱线探测角为55.4～134°;柱面镜的掠入射角为3.7°,半径为10 127 mm;谱线探测器的阴极面中心到狭缝的距离是35 mm.利用LiF、PET、MiCa和KAP晶体作色散元件,测量的波长范围是0.20～2.46 nm,晶体的尺寸是125 mm×8 mm×0.2mm.此外,将两个弯晶进行上下对称交叉和前后错开布置,减小了谱仪的尺寸和减轻了它的重量.     

弯晶X射线光学

近年来,人们付出很大精力研制新的具有独特性能的同步辐射装置和自由电子激光器,而飞秒激光等离子源可提供具有高峰值亮度的超短X射线脉冲,用来作为波荡器辐射的补充X射线源。此外,所有最新型的X射线源的诊断和应用也都需要专用X射线光学元件或仪器。X射线光谱测量是激光聚变应用中最重要的等离子诊断方法之一,该方法根据实验目的,可获得单色X射线图像或与空间或时间分辨相组合的高分辨率图像。已经研制出拥有多达10个环状弯晶的高精单色成像仪,用以研究激光聚变实验中的内爆过程并通过获得的数据对等离子体参数的时间分辨图做出评估。大功率飞秒激光器可提供实用的相对价格不高的大功率X射线脉冲源,但需要有发光效率,能量分布,以及热电子传输方面的信息来实现理想K层辐射线或者连续X射线输出的最大化,以便得到相当于同步辐射输出的峰值亮度。把这些新的射线源与弯晶光学元件相组合,可完成亚皮秒时间量级的衍射实验。激光泵浦的X射线探针实验已经展示了若干晶体在250 fs内的结构变化。作者所在研究所使用光线追踪和布拉格反射方法设计了1D或2D或1D与2D结合的弯晶X射线光学仪器。在仪器制备过程中,非常注重晶体完整,反射选择的优化,弯曲精确,以及成像和反射特性的测量,还使用X射线形貌相机和衍射仪对分析器晶体的相关特性做了测试。     

双通道椭圆弯晶谱仪的传递效率分析

双通道椭圆弯晶谱仪(以下简称TCECS)是激光惯性约束核聚变(ICF)研究中非常重要的诊断仪器,在一个通道上用Χ光胶片或X-CCD作空间分辨测量,在另一个通道上用Χ光条纹相机作时间分辨测量,从而同时获得Χ射线的空间和时间特性.TCECS传递效率的高低将影响摄谱效果,而TCECS的传递效率取决于柱面镜的反射率、晶体的积分衍射率、滤光膜的透射率和光谱相对孔径.本文从理论上分析了TCECS传递效率的四种影响因素与波长的关系,并用Matlab 6.1软件进行了数值计算,表明TCECS的传递效率随Χ射线波长增大而减小,这对今后TCECS的结构设计具有重要的指导作用.     

基于等离子体激光的X射线弯晶谱仪研究

X射线光谱议是一种强有力的激光等离子体诊断工具。为了获取激光等离子体发射的X射线中所包含大量信息,基于椭圆几何原理设计制造了X射线弯晶谱议。在上海神光 号装置上利用LiF弯曲晶体分析器,用150J激光能量对Ti靶进行了试验。通过X射线CCD记录获取的谱线,结果表明这种聚焦型晶体分析器的灵敏度有了明显的提高。     

激光等离子体X射线极化光谱研究

为了诊断激光等离子体X射线的极化光谱,研制了一种新型的基于空间分辨的极化谱仪。将平面晶体和球面弯晶色散元件在极化谱仪内正交布置,即在水平通道用PET平面晶体作为色散元件,而在垂直通道用Mica球面弯晶作为色散元件,球面半径为380mm。信号采用成像板进行接收,有效接收面积为30×80mm,从等离子体光源经晶体到成像板的光路约为980mm。物理实验首次在中国工程物理研究院激光聚变研究中心“2×10J激光装置”上进行,成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。实验结果表明该谱仪具有较高谱分辨率,适合激光等离子体x射线极化光谱的诊断。     

椭圆弯晶谱仪分析器研制

针对激光惯性约束核聚变辐射的X射线分析,可得到关于等离子体电子密度、温度、电荷分布等重要信息.研究的X射线弯晶谱仪分析器是用来诊断X射线光谱,进而实现对激光惯性约束核聚变的控制.探讨了椭圆弯晶谱仪理论原理,分析了积分反射率和质量吸收系数.弯晶谱仪采用LiF弯晶分析器,椭圆焦距2c为1 350 mm,椭圆离心率e为0.958 6,晶体布拉格角范围为30°至60°.在此对LiF弯晶分析器的制作工艺进行详细描述.实验结果表明,该晶体分析器对X射线的分辨率(λ/Δλ)可达900以上,能够用来对激光等离子体的X射线光谱进行诊断.     

激光等离子体X射线特征谱轮廓诊断

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上,将0.35μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体,利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度;然后在假定光性为薄的情况下,利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450eV,电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差,初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。     

椭圆型晶体谱仪谱测量的解谱

描述了椭圆型晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统(EBCS-XCCD),研究了CCD相机记录信号的解谱处理方法,推出了对实测原始谱曲线辨认或标识值的计算公式及激光等离子体辐射X射线在某一波长光谱强度的公式,使之应用在激光打靶产生的等离子体源辐射X射线谱的回推,辨认出了激光等离子体X射线源能谱,并与文献[1]的结果进行了比较,结果基本一致.测试结果证实了解谱方法的可行性,表明X射线CCD相机适用于椭圆型晶体谱仪的光谱测量记录.在已知晶体的积分反射率、滤片透射率和CCD探测效率的条件下,可以获得X射线源光谱强度,为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓和进一步细化X射线激光研究奠定了基础.     

椭圆型晶体谱仪谱测量的解谱研究

对椭圆型晶体谱仪配X射线CCD相机的X射线谱测量系统（EBCS-XCCD）进行了简要描述,研究了CCD相机记录信号的解谱处理方法,推出了对实测原始谱曲线辨认或标识值的计算公式及激光等离子体X射线源在某一波长光谱强度的公式,使之应用在激光打靶产生的等离子体源辐射X射线谱的回推,辨认出了激光等离子体X射线源能谱,并与文献[1]的结果进行了比较,结果基本一致。这一事实有力地佐证了解谱方法的可行性,也表明X射线CCD相机是适宜于椭圆型晶体谱仪的光谱测量记录。在已知晶体的积分反射率、滤片透射率和CCD探测效率的条件下,还可以获得X射线源光谱强度,可为下一步诊断激光等离子体的电子温度和离子密度的空间分布轮廓和进一步细化X激光研究奠定了更深厚的基础。     

看谱镜在生产过程中的应用

介绍看谱镜的工作原理,分析前准备工作及实例检测。     

中阶梯光栅光谱仪CCD相机的设计

为了高精度采集中阶梯光栅光谱仪的谱图,设计了一种适用于中阶梯光栅光谱仪原理样机的高性能面阵CCD相机。首先,根据中阶梯光栅光谱仪的谱图特点和CCD芯片的特性,设计了面阵CCD相机的时序产生电路、驱动电路及数据采集处理电路,实现了面阵CCD相机的低噪声、高灵敏度以及高动态范围。然后,利用LabVIEW编写了CCD相机测试软件。最后,利用设计的面阵CCD相机对汞灯谱线进行了测试。结果表明:面阵CCD相机获取的二维谱图图像清晰、信噪比较高;经二维谱图还原后,可以得到标准的汞灯谱线。该相机性能稳定、可靠,满足中阶梯光栅光谱仪原理样机的研制要求。     

氟化锂椭圆弯晶分析器的特性及应用

设计了测试能量范围为0.6~6 keV的椭圆弯晶谱仪。此谱仪利用椭圆自聚焦原理,晶体分析器采用氟化锂材料,椭圆焦距为1 350 mm,离心率为0.958 6,布拉格角范围为30~65°。在神光Ⅱ靶室进行了实验,入射激光波长为0.35 μm,激光功率约为1.6×10¹⁴ W/cm²,与厚度为100 μm的钛平面靶法线夹角约为45°。实验结果证实,弯曲的氟化锂晶体具有极佳探测效果,弯晶分析器对波长为0.2~0.35 nm的X射线的分辨率可达500~1 000,同时具有等光程而便于空间分辨测量的优点,在同样距离条件下比平晶分析器高一个数量级的收光效率,故适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。