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Silex-I飞秒激光装置X射线探测系统时间特性

IT圈 admin 33浏览 0评论

2024年4月13日发(作者:春茹薇)

第25卷第12期 

2013年12月 

强 激 光 与 粒 子 束 

HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS 

VolI 25,No.12 

Dec.,2013 

文章编号: 1001—4322(2013)12—3111-04 

Silex—I飞秒激光装置X射线探测系统时间特性 

易荣清, 何小安, 黎 航, 杜华冰, 张海鹰, 曹柱荣 

(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 

摘要:在Silex I飞秒激光装置上,利用32 fs、800 nm的激光辐照平面金靶,产生小于1 ps的x射线 

脉冲,作为6脉冲x射线源,研究XRD探测器的时间响应特性,并且探索x射线条纹相机时间分辨和分幅相 

机曝光时间的x射线标定方法。实验给出了XRD探测器的时间响应特性。解决了条纹相机和分幅相机触发 

晃动问题,给出了条纹相机时间分辨和分幅相机曝光时间的X射线标定方法,初步给出条纹相机时间分辨和 

分幅相机曝光时间。 

关键词:XRD; 条纹相机;分幅相机; 时间特性; 时间分辨; 曝光时间 

中图分类号:TN247; O536 文献标志码: A doi:10.3788/HPLPB20132512.3l11 

在惯性约束聚变(ICF)实验中,激光等离子体X射线辐射的时间特性包含着丰富的物理信息,因此时间分 

辨的X射线辐射特性诊断是研究激光等离子体X射线辐射随时间的演变、各种动力学过程和辐射传输等物理 

问题所需要的关键诊断技术。其中X射线条纹相机、X射线分幅相机和XRD在ICF时间特性研究中具有非 

常重要的作用。为了揭示这些X射线探测系统的时间特性,需要开展时间特性研究,通过实验给出探测系统 

的时间特性参数。在国内,探测系统时间特性研究主要采用8 ps激光器输出的四倍频激光,波长256 nm,能 

量lO mJ。对于x射线探测系统,测量能区是x射线波段,与波长256 nm的紫外光比较存在一定的差别。为 

了揭示他们的差别,有必要利用X射线开展X射线探测系统的时间特性研究。激光聚变研究中心研制的Si— 

lex一工激光器,脉冲宽度小于32 fs,波长800 nm,能量6 J,通过该激光与金平面靶作用产生的X射线获得一个 

非常理想的脉冲x射线源,脉冲宽度小于1 ps,利用它进行系统时间特性研究能够很好地满足实验研究的需 

要 

l x射线时间特性研究方法及实验安排 

在Silex—I激光装置上,利用脉冲宽度小于32 fs、波长800 nm、能量6 J的激光辐照Au靶产生的X射线 

脉冲宽度小于1 ps,这个时间宽度与系统的时间响应特性比较,可以忽略不计,所以,可以把X射线脉冲看成 

脉冲,那么,可以认为,系统测到的信号脉冲宽度就是系统的时间响应。 

实验安排如图1所示,7个XRD探测器通 con ngcm 

过软X射线能谱仪上安装在靶室西边的法兰口r—_[二二卜-_——— 盯0、 r

上,与靶面法线成45。,每个通道选用相同的滤片 { 

; 

f 1 卜_nxRD 

篙 兰 主 竺 是…po toelectrici

的主要有两个,其一是阻挡散射激光,其二是使 , 

1 

通过碳滤片的信号既有软X射线部分,同时有

x 线部分

号以孽探测器有 大的输出信 

采用2 rn信号电缆,4000 V高压,6 GHz示 

, 

11 

nXdFX%SC 

— …十……— ~ —一 

\ 

、 

.』/ 

波 录。 

X射线条纹(XSC)相机和X射线分幅相机 

(XFC)交替安装在Silex一工激光装置靶室的西北角,正对靶面,如图1所示,相机的触发探测器采用快响应的 

光电二极管,上升时间约150 ps,安装在激光装置的放大器前端,提前靶室约100 ns(激光从放大器前端到得靶 

室中心的时间)。 

激光参数:脉冲宽度32 fs,波长800 nm,输出激光能量3~6 J,金平面靶。 

收稿日期:2013一O7 22; 修订日期:2013-08—12 

作者简介:易荣清(1964一),研究员,主要从事激光等离子体诊断和软x射线计量学研究;yrqing@sina.corn。 

3114 强 激 光 与 粒 子 束 第25卷 

4 结 论 

在Silex—I激光装置上,利用fs激光与物质相互作用产生的脉冲X射线信号,对XRD、X射线条纹相机和 

分幅相机的时间特性进行研究,解决了泵浦光对触发信号的干扰,实验给出了XRD探测系统上升时间130 ps, 

时间分辨200 ps;条纹相机的时间分辨为30 ps;分幅相机的曝光时间为100 ps;实验结果与8 ps激光器获得的 

结果基本一致。 

致谢实验得到Silex-I激光装置运行人员的大力支持,在此表示衷心感谢。 

参考文献: 

Eli孙可煦,杨建网,郑志坚.用于激光等离子体诊断的亚千x射线能谱仪[J].强激光与粒子束,1990,2(1):1 6—18.(Sun Kexu,Yang Jianguo, 

Zheng Zhijian.The sub keV X ray spectrum of using laser plasma detective.High Power Laser and Particle Beam s,1990,2(1):16—18) 

E2]易荣清,缪文勇,孙可煦,等.腔内辐射温度的实验研究[J].物理学报,1 996,45(2):443 445.(Yi Rongqing,Miao Wenyong,Sun Kexu,et 

a1.Experimental investigation of hohlraum radiation temperature.Acta Physica Sinica,1996,45(2):443 445) 

E3] 易荣清,李三伟,江少恩,等.高时问分辨辐射温度测量技术[J].强激光与粒子束,2008,20(6):965 968.(Yi Rongqing,Li Sanwei.Jiang 

Shaoen,et a1.Measurement technique of radiation temperature with high time—resolution

High Power Laser and Pnrtick Bmm s,2008.20 

(6):965 968) 

[4] 易荣清,杨国洪,崔延莉,等.北京同步辐射3B3中能束线X射线探测系统性能研究[J].物理学报,2006,55(12):6287 6290.(Yi Rongqing, 

Yang Guohong,Cui Yanli,et a1.Study of X ray detector system characteristics on the 3B3 medium energy beam—line in BSRF

Aft“Physif“ 

Sinica,2006,55(12):6287-6290) 

Es] 

易荣清,孙可煦,杨国洪,等.掠入射平面镜反射率在同步辐射源上的标定方法研究[J].原子分子物理学报,2004,21(1):32 35.(Yi 

Rrongqing,Sun Kexu,Yang Guohong,et a1.The calibration method study of reflectance of grazing mirror in the BSRF

Journal o f Af0mic 

and Molecular Physics,2004,21(1):32 35) 

[6] Stradling G I ,Attwood D T,Kauffman R I .A soft X—ray streak camera[J].IEEE Journal 0,Quantum Electr0nifs,l983,19(4):425一 

d45. 

[7] 

Chakera J A,Raghuranmaiah M,Naik P A,et a1.On line temporal characterization of an X—ray streak camera[J].Optics&Laser Tefhn0 

og ,2001,33(1):421 425. 

[8] 

Lindl 3.Development of the indirect drive approach to inertial confinement fusion and the target physics basis for ignition and gain[J].Phy s 

Plasinas,l995,20(2):3933 4024. 

Chang Z,Rundquist A,Zhou J.Demonstration of a sub—picosecond X—ray streak camera[J].Appl Phys Lett,1996,69(1):133 135. 

Eberhardt E H.Gain model for microchannel plates[J].Applied Optics,l979,18(9):1418—1423 

Csorba I P.Current gain parameters of microchannel plates[J ̄.AppliedOptics,1980,19(22):3863 3866. 

Kilkenny J D.High speed proximity focused X ray cameras[J].Laser and Particle Beam s,1991,9(1):49—51. 

Time response characteristics of X—ray detector system on Silex—I laser facility 

Yi Rongqing,He Xiaoan,Li Hang,Du H uabin, Zhang Haiying, Cao Zhurong 

(Research Center of Laser Fusion,CAEP,Mianyang 621900,China) 

Abstract: On the Silex-I laser facility,the time response characteristics of XRD detector were studied.A laser with a 

pulse of 32 fs and a wavelength of 800 nm was used to irradiate a plane Au target.X—ray calibrated method of time of exposure X— 

ray framing camera and time resolution of X—ray streak camera was explored.The time response characteristics of XRD detector 

and time process of X ray emission were obtained from experiment.We obtained X ray calibration method of time of exposure X— 

ray framing camera and time resolution of X—ray streak camera. 

Key words:XRD; streak camera; framing camera;time response characteristics;time resolution;time of exposure 

2024年4月13日发(作者:春茹薇)

第25卷第12期 

2013年12月 

强 激 光 与 粒 子 束 

HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS 

VolI 25,No.12 

Dec.,2013 

文章编号: 1001—4322(2013)12—3111-04 

Silex—I飞秒激光装置X射线探测系统时间特性 

易荣清, 何小安, 黎 航, 杜华冰, 张海鹰, 曹柱荣 

(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 

摘要:在Silex I飞秒激光装置上,利用32 fs、800 nm的激光辐照平面金靶,产生小于1 ps的x射线 

脉冲,作为6脉冲x射线源,研究XRD探测器的时间响应特性,并且探索x射线条纹相机时间分辨和分幅相 

机曝光时间的x射线标定方法。实验给出了XRD探测器的时间响应特性。解决了条纹相机和分幅相机触发 

晃动问题,给出了条纹相机时间分辨和分幅相机曝光时间的X射线标定方法,初步给出条纹相机时间分辨和 

分幅相机曝光时间。 

关键词:XRD; 条纹相机;分幅相机; 时间特性; 时间分辨; 曝光时间 

中图分类号:TN247; O536 文献标志码: A doi:10.3788/HPLPB20132512.3l11 

在惯性约束聚变(ICF)实验中,激光等离子体X射线辐射的时间特性包含着丰富的物理信息,因此时间分 

辨的X射线辐射特性诊断是研究激光等离子体X射线辐射随时间的演变、各种动力学过程和辐射传输等物理 

问题所需要的关键诊断技术。其中X射线条纹相机、X射线分幅相机和XRD在ICF时间特性研究中具有非 

常重要的作用。为了揭示这些X射线探测系统的时间特性,需要开展时间特性研究,通过实验给出探测系统 

的时间特性参数。在国内,探测系统时间特性研究主要采用8 ps激光器输出的四倍频激光,波长256 nm,能 

量lO mJ。对于x射线探测系统,测量能区是x射线波段,与波长256 nm的紫外光比较存在一定的差别。为 

了揭示他们的差别,有必要利用X射线开展X射线探测系统的时间特性研究。激光聚变研究中心研制的Si— 

lex一工激光器,脉冲宽度小于32 fs,波长800 nm,能量6 J,通过该激光与金平面靶作用产生的X射线获得一个 

非常理想的脉冲x射线源,脉冲宽度小于1 ps,利用它进行系统时间特性研究能够很好地满足实验研究的需 

要 

l x射线时间特性研究方法及实验安排 

在Silex—I激光装置上,利用脉冲宽度小于32 fs、波长800 nm、能量6 J的激光辐照Au靶产生的X射线 

脉冲宽度小于1 ps,这个时间宽度与系统的时间响应特性比较,可以忽略不计,所以,可以把X射线脉冲看成 

脉冲,那么,可以认为,系统测到的信号脉冲宽度就是系统的时间响应。 

实验安排如图1所示,7个XRD探测器通 con ngcm 

过软X射线能谱仪上安装在靶室西边的法兰口r—_[二二卜-_——— 盯0、 r

上,与靶面法线成45。,每个通道选用相同的滤片 { 

; 

f 1 卜_nxRD 

篙 兰 主 竺 是…po toelectrici

的主要有两个,其一是阻挡散射激光,其二是使 , 

1 

通过碳滤片的信号既有软X射线部分,同时有

x 线部分

号以孽探测器有 大的输出信 

采用2 rn信号电缆,4000 V高压,6 GHz示 

, 

11 

nXdFX%SC 

— …十……— ~ —一 

\ 

、 

.』/ 

波 录。 

X射线条纹(XSC)相机和X射线分幅相机 

(XFC)交替安装在Silex一工激光装置靶室的西北角,正对靶面,如图1所示,相机的触发探测器采用快响应的 

光电二极管,上升时间约150 ps,安装在激光装置的放大器前端,提前靶室约100 ns(激光从放大器前端到得靶 

室中心的时间)。 

激光参数:脉冲宽度32 fs,波长800 nm,输出激光能量3~6 J,金平面靶。 

收稿日期:2013一O7 22; 修订日期:2013-08—12 

作者简介:易荣清(1964一),研究员,主要从事激光等离子体诊断和软x射线计量学研究;yrqing@sina.corn。 

3114 强 激 光 与 粒 子 束 第25卷 

4 结 论 

在Silex—I激光装置上,利用fs激光与物质相互作用产生的脉冲X射线信号,对XRD、X射线条纹相机和 

分幅相机的时间特性进行研究,解决了泵浦光对触发信号的干扰,实验给出了XRD探测系统上升时间130 ps, 

时间分辨200 ps;条纹相机的时间分辨为30 ps;分幅相机的曝光时间为100 ps;实验结果与8 ps激光器获得的 

结果基本一致。 

致谢实验得到Silex-I激光装置运行人员的大力支持,在此表示衷心感谢。 

参考文献: 

Eli孙可煦,杨建网,郑志坚.用于激光等离子体诊断的亚千x射线能谱仪[J].强激光与粒子束,1990,2(1):1 6—18.(Sun Kexu,Yang Jianguo, 

Zheng Zhijian.The sub keV X ray spectrum of using laser plasma detective.High Power Laser and Particle Beam s,1990,2(1):16—18) 

E2]易荣清,缪文勇,孙可煦,等.腔内辐射温度的实验研究[J].物理学报,1 996,45(2):443 445.(Yi Rongqing,Miao Wenyong,Sun Kexu,et 

a1.Experimental investigation of hohlraum radiation temperature.Acta Physica Sinica,1996,45(2):443 445) 

E3] 易荣清,李三伟,江少恩,等.高时问分辨辐射温度测量技术[J].强激光与粒子束,2008,20(6):965 968.(Yi Rongqing,Li Sanwei.Jiang 

Shaoen,et a1.Measurement technique of radiation temperature with high time—resolution

High Power Laser and Pnrtick Bmm s,2008.20 

(6):965 968) 

[4] 易荣清,杨国洪,崔延莉,等.北京同步辐射3B3中能束线X射线探测系统性能研究[J].物理学报,2006,55(12):6287 6290.(Yi Rongqing, 

Yang Guohong,Cui Yanli,et a1.Study of X ray detector system characteristics on the 3B3 medium energy beam—line in BSRF

Aft“Physif“ 

Sinica,2006,55(12):6287-6290) 

Es] 

易荣清,孙可煦,杨国洪,等.掠入射平面镜反射率在同步辐射源上的标定方法研究[J].原子分子物理学报,2004,21(1):32 35.(Yi 

Rrongqing,Sun Kexu,Yang Guohong,et a1.The calibration method study of reflectance of grazing mirror in the BSRF

Journal o f Af0mic 

and Molecular Physics,2004,21(1):32 35) 

[6] Stradling G I ,Attwood D T,Kauffman R I .A soft X—ray streak camera[J].IEEE Journal 0,Quantum Electr0nifs,l983,19(4):425一 

d45. 

[7] 

Chakera J A,Raghuranmaiah M,Naik P A,et a1.On line temporal characterization of an X—ray streak camera[J].Optics&Laser Tefhn0 

og ,2001,33(1):421 425. 

[8] 

Lindl 3.Development of the indirect drive approach to inertial confinement fusion and the target physics basis for ignition and gain[J].Phy s 

Plasinas,l995,20(2):3933 4024. 

Chang Z,Rundquist A,Zhou J.Demonstration of a sub—picosecond X—ray streak camera[J].Appl Phys Lett,1996,69(1):133 135. 

Eberhardt E H.Gain model for microchannel plates[J].Applied Optics,l979,18(9):1418—1423 

Csorba I P.Current gain parameters of microchannel plates[J ̄.AppliedOptics,1980,19(22):3863 3866. 

Kilkenny J D.High speed proximity focused X ray cameras[J].Laser and Particle Beam s,1991,9(1):49—51. 

Time response characteristics of X—ray detector system on Silex—I laser facility 

Yi Rongqing,He Xiaoan,Li Hang,Du H uabin, Zhang Haiying, Cao Zhurong 

(Research Center of Laser Fusion,CAEP,Mianyang 621900,China) 

Abstract: On the Silex-I laser facility,the time response characteristics of XRD detector were studied.A laser with a 

pulse of 32 fs and a wavelength of 800 nm was used to irradiate a plane Au target.X—ray calibrated method of time of exposure X— 

ray framing camera and time resolution of X—ray streak camera was explored.The time response characteristics of XRD detector 

and time process of X ray emission were obtained from experiment.We obtained X ray calibration method of time of exposure X— 

ray framing camera and time resolution of X—ray streak camera. 

Key words:XRD; streak camera; framing camera;time response characteristics;time resolution;time of exposure 

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