激光等离子体参数的测量装置及其测量方法制造方法及图纸

一种激光等离子体参数的测量装置及其测量方法。测量装置中激光等离子体的软Ｘ射线源的泵浦源是激光器，探测元件和单色扫描狭缝同时置放在带有自动同步控制装置的调整架上。激光器与软Ｘ射线源之间的分束镜将反射光束ｔ射到外触发器上，同时触发存储示波器、探测元件以及自动同步控制装置同时进入工作状态。测量方法是光谱还原法，解谱方法具体有三个步骤，在数据存储器中有完整的程序包。具有结构紧凑、体积小、测量精度高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，主要适用于激光等离子体辐射输运特性参数的测量。辐射温度是激光等离子体的重要参数，由辐射温度可推知X射线源中辐射加热的时间特性、X射线转换效率、X射线源腔壁的再发射系数和反射率等重要信息，以致了解X射线源的辐射输运的细致过程。X射线源的辐射温度的测量主要有两种方法激波法和光谱法。光谱法是通过测量X射线源腔壁再发射光谱的时间和强度特性，并由测得的光谱分布反推得到X射线源腔壁的真实发射光谱分布，进而用斯特藩-玻耳兹曼定律获得辐射温度；由于光谱法相对于激波法有高得多的时间分辨率(特别是采用软X射线透射光栅作为色散元件时)，这对于研究X射线驱动脉冲的时间形状十分重要，并且还可以提供X射线驱动脉冲的光谱信息。近年来美国劳伦斯·里弗摩尔国家实验室在诺瓦(Nova)激光装置上进行的辐射温度的光谱法测量是以丹特(Dante)谱仪完成的(参看已有技术R.L.Kauffman，L.J.Suter，C.B.Darrow et al，Phys.Rev.Lett.，1994，732320-2324，以及L.J.Suter，R.L.Kauffman，C.B.Darrow et al.，Phys.Plasmas，1995，402057--2062)。该谱仪选用不同材料及厚度的K-或L-边滤光片来分光，并由光阴极发射型X射线二极管记录时间分辨光谱。将获得的发射光谱反推、还原得到腔靶壁的真实发射光谱，最后由斯特藩-玻耳兹曼定律得到X射线源靶壁的辐射温度。尽管丹特(Dante)谱仪及其光谱回推技术已较成熟地用于辐射温度的测量，但其最主要的缺点是每个能道滤片仍有很宽的X射线响应范围，不能有效地分光测量结果和精度差。在德国马克斯韦-普朗克量子电子所和日本大阪大学激光工程所的联合辐射加热实验中(参看已有技术K.Eidmann，I.B.Foldes et al.，Phys.Rev.A52 1995，6703-6716，以及H.Nishirmura，Y.Kato，H.Takabe et al.，Phys Rev.A44，1991，8328-8333)，对球形腔靶X射线源的辐射温度测量是以1000g/mm针孔透射光栅光谱仪结合柯达(Kodak)101-01或101-07软X光胶片、采用与上述相似的光谱还原步骤完成的。从测量装置上讲，该已有技术(2)的缺点是第一，用作色散元件为1000g/mm针孔透射光栅结构，它的栅线密度较低，致使光谱仪的光谱分辨较低(通常为0.2-0.4nm)；第二，用作成象元件的光栅针孔的尺度较小、光谱仪的收集效率和衍射效率较低，使接收面上的X光强度也较低，所以往往需要很多发次的打靶激发X射线源，以在接收面上积累足够的X光能量；第三，软X光胶片的显影、定影的时间差异会造成测量数据误差。从测量方法上讲，该已有技术所采用的光谱还原法过于简单，没有考虑软X射线发射谱的部分相干的特性；而且，光谱还原过程中所使用的光栅一级衍射效率是在电镜检查光栅结构参数后、采用理论公式拟合给出的，并不是在相似测量条件下经实际标定得出的结果。所以衍射效率的理论数据与真实情况有较大的差距，对光谱还原的精度和最终得到的辐射温度的精度有较大的影响。为提高光谱还原法的准确性，应当事先对上述已有技术中的透射光栅和探测元件的单色响应灵敏度进行实际标定。目前，软X射线色散元件和探测元件的光谱响应灵敏度标定工作大都是在以同步辐射装置上的X光作为泵浦光源、加上分光元件(如多膜层反射镜等)构成同步辐射X光单色仪上进行的(参见已有技术.杨家敏，易荣清，马洪良等，光学学报，1996，161631--1635)。同步辐射X光单色仪由于受到同步辐射装置的体积庞大和昂贵的运行费用所限，该单色仪仅适用于有同步辐射装置的少数国家的个别经费充足的实验室，而不能广泛应用。为直接利用单色仪提供的单色光以完成X光衍射元件和探测元件的绝对标定，单色仪必须能够实时地完成对自身性能的标定工作，即是对输出单色光的波长和强度的标定。单色光的标定器件可选用X光波段(XUV)胶片或干板、软X光CCD相机，以及XUV二极管等。国内外对XUV胶片响应特性及绝对标定已作了大量工作(参见已有技术.Henke BL et al.，J.Opt.Soc.Am.，1984，B1818--827)，它的优点是有很好的空间分辨率和较宽的动态范围，缺点是在光敏面混合物中C、N、O元素的K吸收边处光谱灵敏度曲线有较大的跃变，这对于获得准确的测量数据尤为不利。软X光CCD相机的使用方便、动态范围大、对XUV光子能量变化灵敏度平缓等优点弥补了XUV胶片的不足，但在将其用作单色光特性标定器件之前，它必须在其他软X射线单色仪(如同步辐射X光单色仪)上，参照其他经绝对标定的探测元件，(包括柯达(Kodak)101软X光胶片，和硅光电二极管等)，完成其自身的光谱响应灵敏度曲线的标定(参见已有技术.Schriever G，Lebert R，Naweed A et al.，Rev.SciInstrum.，1997，683301--3306)。所以测量元件的“自标定”很重要，对测量结果的精度起决定因素。本专利技术的目的是提供一台结构紧凑、体积较小的适用于激光等离子体参数测量的测量装置，以克服已有技术的测量装置的分辨率低、收集效率及衍射效率较低等不足，增大测量装置对激光等离子体软X射线源的收集效率和光谱分辨率，提高装置的衍射成象效率，实现对X光点源成无象散的点象，提高测量数据的准确性；并能对色散元件和探测元件进行测试标定，和提供一种合理使用本专利技术的测量装置的测量方法，以提高上述已有技术中光谱还原的准确性。本专利技术测量装置的结构含有由外壳7的头部23与置有软X射线源5的真空靶室4的窗口密封连接构成的真空密封室8，在真空密封室8内置有悬挂式导轨6，在悬挂式导轨6上置有调整架9、10、11。调整架11上带有自动同步控制装置12。在真空密封室8内，沿着由真空靶室4内软X射线源5发射的软X射线束S前进的方向上，依次置有矩形光阑22，置于调整架9上有轮胎反射镜20，置于调整架10上有光栅19，置于调整架11上有探测元件17，探测元件17之前有单色扫描狭缝18，单色扫描狭缝18与探测元件17同置于带自动同步控制装置12的调整架11上。在软X射线源5与作为软X射线源5的泵浦源的激光器1之间，沿激光束G的前进方向上，依次置有会聚透镜2和分束镜3。上面所说的探测元件17的输出端与信号放大器16相联，信号放大器16的输出联到存储示波器15上。存储示波器15分别与接收分束镜3反射激光束f起动的外触发器21和数据存储器14相联，数据存储器14与位移传感器13相联，位移传感器13与调整架11的自动同步控制装置12相联。本专利技术装置采用轮胎反射镜20即轮胎形的反射镜，它能以较大的空间收集立体角，收集入射光谱仪的X射线束S并将其成象到探测元件17上；并与矩形光阑22配合，实现对软X射线源5的无象散成象，提高摄谱数据的信噪比和准确性。本专利技术适合的轮胎反射镜20的子午面的曲率半径范围为4000～7000mm，宽度为40～75mm；弧矢面曲率半径为15～35mm宽度为25～35mm。置轮胎反射镜20的调整架9是五维调整架，有三个方向的平动、两个方向的转动共计五个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光等离子体参数的测量装置，含有：〈１〉．由外壳（７）的头部（２３）与置有软Ｘ射线源（５）的真空靶室（４）的窗口密封连接构成的真空密封室（８），在真空密封室（８）内置有悬挂式导轨（６），在悬挂式导轨（６）上置有调整架（９）、（１０） 、（１１）；〈２〉．在真空密封室（８）内，沿着软Ｘ射线源（５）发射的软Ｘ射线束Ｓ前进的方向上，依次置有矩形光阑（２２）、置于调整架（９）上的轮胎反射镜（２０）、置于调整架（１０）上的光栅（１９）、置于调整架（１１）上的探测元件（１７）； 〈３〉．探测元件（１７）的输出联有信号放大器（１６），信号放大器（１６）的输出经过存储示波器（１５）与数据存储器（１４）相联；其特征在于：〈４〉．作为真空靶室（４）内的软Ｘ射线源（５）的泵浦源是激光器（１）；〈５〉．沿激光器 （１）发射的激光束Ｇ前进的方向上，依次置有会聚透镜（２）和分束镜（３）；〈６〉．经分束镜（３）的透射光束ｔ会聚到真空靶室（４）内的软Ｘ射线源（５）上、经分束镜（３）的反射光束ｆ会聚到外触发器（２１）上；〈７〉．外触发器（２１）与存储 示波器（１５）相联，存储示波器（１５）分别与探测元件（１７）相联的信号放大器（１６）和与位移传感器（１３）相联的数据存储器（１４）相联；〈８〉．调整架（１１）带有自动同步控制装置（１２），自动同步控制装置（１２）与位移传感器（１３）相联 ，置于调整架（１１）上，探测元件（１７）之前还有单色扫描狭缝（１８）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓建，徐至展，张正泉，胡雪原，钟方川，覃岭，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]