一種x射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，所述裝置包括沿光路方向順序排列的激光器、光束分割延遲器和真空腔體；所述激光器輸出的激光束照射到光束分割延遲器上，被光束分割延遲器分割成等空間間距、等時(shí)間間隔的序列子光束，或者被分割成等空間間距、強(qiáng)度等比例遞減的序列子光束；序列子光束透過真空腔體前端面的玻璃窗口，進(jìn)入真空腔體，照射到X射線分幅相機(jī)的光電陰極面；真空腔體的后端面與X射線分幅相機(jī)的前端面通過帶密封圈的真空密封面密封連接。本實(shí)用新型的標(biāo)定裝置體積小、造價(jià)低、操作簡單方便，能為曝光時(shí)間極短的X射線分幅相機(jī)提供高精度、高效率的時(shí)間分辨率和動態(tài)范圍的精密標(biāo)定，為X射線分幅相機(jī)的診斷測試數(shù)據(jù)的處理和理論程序的校驗(yàn)提供依據(jù)。
【專利說明】
一種X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在激光聚變點(diǎn)火攻關(guān)的道路上，隨著激光能量的提高和打靶裝置的升級，聚變點(diǎn)火論證實(shí)驗(yàn)對X射線分幅相機(jī)等診斷設(shè)備的性能指標(biāo)以及診斷精密化的要求越來越高。2012年，美國成功研制一種基于電子脈沖展寬技術(shù)的超高速展寬型X射線分幅相機(jī)，其時(shí)間分辨率高達(dá)5ps，我國研究人員緊隨其步伐，研制了時(shí)間分辨率達(dá)17ps的展寬型X射線分幅相機(jī)。這些超高時(shí)間分辨的X射線分幅相機(jī)使得激光聚變的時(shí)空診斷能力上了一個(gè)新臺階。但是，要提高診斷精密化程度，就要精密標(biāo)定X射線分幅相機(jī)的性能指標(biāo)，從而正確評價(jià)所測數(shù)據(jù)的不確定度等因素。
[0003]當(dāng)前，美國對超高速展寬型X射線分幅相機(jī)(DIXI ,Dilat1n χ-ray imager)的時(shí)間分辨率標(biāo)定方法采用馬赫-曾德爾干涉儀法，該方法使用脈寬lOOfs，波長266nm的紫外激光，延遲80ns后進(jìn)入干涉儀，通過調(diào)整鏡面位置實(shí)現(xiàn)其中一路激光光程可調(diào)，與另一路光程固定的激光產(chǎn)生一系列時(shí)間間隔1.67ps的序列脈沖，以此對時(shí)間分辨率為幾個(gè)ps的DIXI相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，由于該方法需要精確調(diào)整四個(gè)鏡面的夾角，操作難度較大，對機(jī)械調(diào)整精度及復(fù)位精度要求極高，并且系統(tǒng)的光學(xué)元件和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)較多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、造價(jià)較高，不利于X射線分幅相機(jī)時(shí)間分辨率的高頻率、高精度的標(biāo)定應(yīng)用。對于X射線分幅相機(jī)的動態(tài)范圍，一般采用臺階濾片或偏振片分光的方法進(jìn)行測量，但這些方法標(biāo)定精度差、不確定度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置。
[0005]本實(shí)用新型的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特點(diǎn)是，包括沿光路方向順序排列的激光器、光束分割延遲器和真空腔體;所述激光器輸出的激光束照射到光束分割延遲器上，被光束分割延遲器分割成序列子光束，序列子光束透過真空腔體前端面的玻璃窗口，進(jìn)入真空腔體，照射到X射線分幅相機(jī)的光電陰極面;所述的真空腔體的后端面與X射線分幅相機(jī)的前端面通過帶密封圈的真空密封面密封連接。
[0006]所述的激光器輸出的激光束的波長為X射線分幅相機(jī)的響應(yīng)波長，脈寬小于等于X射線分幅相機(jī)時(shí)間分辨率的1/10。
[0007]所述的光束分割延遲器為透射式光學(xué)組件;所述的透射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的形狀為長方體或柱體;所述的透射式光學(xué)組件為透射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為等光程差的階梯型，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆透過率相同的透射膜;所述的透射式光學(xué)組件為透射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為豎直平面，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆透過率等比例遞減的透射膜。
[0008]當(dāng)透射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的迎光面為等光程差的階梯型時(shí)，光束分割延遲器將激光束分割為等空間間距、等時(shí)間間隔且強(qiáng)度一致的序列子光束；當(dāng)透射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的迎光面為豎直平面時(shí)，光束分割延遲器將激光束分割為等空間間距、無時(shí)間間隔且強(qiáng)度等比例遞減的序列子光束。標(biāo)定時(shí)，只需將光束分割延遲器放置于激光光路中并調(diào)整好姿態(tài)，即可產(chǎn)生標(biāo)定X射線分幅相機(jī)的時(shí)間分辨率或動態(tài)范圍的激光脈沖序列，不需要在標(biāo)定過程中再作任何移動或調(diào)整，減少了操作難度，降低了標(biāo)定裝置造價(jià)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和標(biāo)定效率。設(shè)計(jì)透射式光學(xué)組件的光學(xué)元件為柱體形狀，可將分割后的子光束聚焦，可避免激光能量弱或光斑對比度差引起的不確定度，提高標(biāo)定精度。
[0009]所述的光束分割延遲器為反射式光學(xué)組件;所述的反射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的迎光面為平面、柱面或球面;所述的反射式光學(xué)組件為反射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為傾斜放置的等光程差的階梯型，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆反射率相同的反射膜;所述的反射式光學(xué)組件為反射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為傾斜放置的平面，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆反射率等比例遞減的反射膜。
[0010]當(dāng)反射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的迎光面為傾斜放置的等光程差的階梯型時(shí)，光束分割延遲器將激光束分割為等空間間距、等時(shí)間間隔且強(qiáng)度一致的序列子光束；當(dāng)反射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的迎光面為傾斜放置的豎直平面時(shí)，光束分割延遲器將激光束分割為等空間間距、無時(shí)間間隔且強(qiáng)度等比例遞減的序列子光束。標(biāo)定時(shí)，只需將光束分割延遲器放置于激光光路中并調(diào)整好姿態(tài)，即可產(chǎn)生標(biāo)定X射線分幅相機(jī)的時(shí)間分辨率或動態(tài)范圍的激光脈沖序列，不需要在標(biāo)定過程中再作任何移動或調(diào)整，減少了操作難度，降低了標(biāo)定裝置造價(jià)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和標(biāo)定效率。設(shè)計(jì)反射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的迎光面為柱面或者球面，可將分割后的子光束聚焦，可避免激光能量弱或光斑對比度差引起的不確定度，提高標(biāo)定精度。
[0011]本實(shí)用新型的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置具有體積小、造價(jià)低、操作簡單方便的優(yōu)點(diǎn)，能為時(shí)間分辨率極高的X射線分幅相機(jī)提供高精度、高效率的時(shí)間分辨率和動態(tài)范圍的精密標(biāo)定，為X射線分幅相機(jī)的診斷測試數(shù)據(jù)的處理和理論程序的校驗(yàn)提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(透射式)；
[0013]圖2為光束分割延遲器的結(jié)構(gòu)示意圖(透射式階梯型)；
[0014]圖3為光束分割延遲器的結(jié)構(gòu)示意圖(透射式平面型)；
[0015]圖4為本實(shí)用新型的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(反射式)；
[0016]圖5為光束分割延遲器的結(jié)構(gòu)示意圖(反射式階梯型)；
[0017]圖6為光束分割延遲器的結(jié)構(gòu)示意圖(反射式平面型)；
[0018]圖中，1.激光器2.光束分割延遲器3真空腔體4.X射線分幅相機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0020]以下實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，而并非對本實(shí)用新型的限制。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化、替換和變型，因此同等的技術(shù)方案也屬于本實(shí)用新型的范疇。
[0021]實(shí)施例1
[0022]實(shí)施例1介紹了標(biāo)定X射線分幅相機(jī)時(shí)間分辨率的透射式標(biāo)定裝置。
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，包括沿光路方向順序排列的激光器1、光束分割延遲器2和真空腔體3;所述激光器I輸出的激光束照射到光束分割延遲器2上，被光束分割延遲器2分割為序列子光束，序列子光束透過真空腔體3前端面的玻璃窗口，進(jìn)入真空腔體3，照射到X射線分幅相機(jī)4的光電陰極面;所述真空腔體3的后端面與X射線分幅相機(jī)4的前端面通過帶密封圈的真空密封面密封連接。
[0024]所述的激光器I輸出的激光束的波長為248nm、脈寬小于等于500fs。
[0025]如圖2所示，所述的光束分割延遲器2為透射式光學(xué)組件，由長方體的透射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為等光程差的階梯型，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆透過率相同的透射膜。
[0026]激光器I產(chǎn)生的激光束照射到光束分割延遲器2的迎光面。光束分割延遲器2將激光束分割為等空間間距、等時(shí)間間隔且強(qiáng)度一致的序列子光束，進(jìn)入真空腔體3后在X射線分幅相機(jī)4的光電陰極面上形成等空間間距、等時(shí)間間隔、等強(qiáng)度的序列光斑。X射線分幅相機(jī)4對其曝光時(shí)間內(nèi)到來的光斑成像并記錄，通過被記錄光斑數(shù)目、光斑時(shí)間間隔以及光斑成像的強(qiáng)弱分布，得到X射線分幅相機(jī)4的時(shí)間分辨率。
[0027]設(shè)計(jì)光束分割延遲器2的透射式光學(xué)元件的光程差，使序列子光束的時(shí)間間隔為2.5ps。將時(shí)間間隔2.5ps的序列光斑沿X射線分幅相機(jī)4的微帶線橫向排列，經(jīng)X射線分幅相機(jī)4選通成像后得到7個(gè)時(shí)間間隔2.5ps的曝光點(diǎn)，根據(jù)7個(gè)曝光點(diǎn)的最大強(qiáng)度擬合得到曝光曲線，取其曝光曲線的半高寬得到其時(shí)間分辨率為5ps。被曝光的光斑數(shù)目越多、光束時(shí)間間隔越小，則測量精度越高。由于被光束分割延遲器2分割后的光束的時(shí)間間隔是相等的，根據(jù)曝光點(diǎn)的強(qiáng)弱可直接讀取曝光時(shí)間約為2.5ps X 2=5ps。直接讀取方式存在一定的誤差。
[0028]光束分割延遲器2的透射式光學(xué)元件的長方體形狀可替換為有聚焦效果的柱體形狀。
[0029]實(shí)施例2
[0030]實(shí)施例2介紹了標(biāo)定X射線分幅相機(jī)動態(tài)范圍的透射式標(biāo)定裝置。
[0031]實(shí)施例2與實(shí)施例1的標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，如圖3所示，光束分割延遲器2的透射式光學(xué)組件的透射式光學(xué)元件為有聚焦效果的柱體，迎光面為豎直平面，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆透過率等比例遞減的透射膜。
[0032]激光器I產(chǎn)生的激光束照射到光束分割延遲器2的迎光面。光束分割延遲器2將激光束分割為等空間間距、無時(shí)間間隔且強(qiáng)度等比例遞減的序列子光束，進(jìn)入真空腔體3后在X射線分幅相機(jī)4的光電陰極面上形成等空間間距、無時(shí)間間隔、強(qiáng)度等比例遞減的序列光斑。X射線分幅相機(jī)4對序列光斑成像并記錄，通過光束分割延遲器2的光學(xué)元件的強(qiáng)度遞減比例、被記錄的光斑數(shù)目以及光斑成像的強(qiáng)弱分布，得到X射線分幅相機(jī)4的動態(tài)范圍。
[0033]設(shè)計(jì)光束分割延遲器2的光學(xué)元件的迎光面透過率遞減比例，使序列子光束的強(qiáng)度遞減比例為0.4。將強(qiáng)度遞減比例為0.4的序列光斑沿X射線分幅相機(jī)4。的微帶線橫向排列。經(jīng)X射線分幅相機(jī)4選通成像后得到9個(gè)強(qiáng)度遞減比例為0.4的曝光點(diǎn)，根據(jù)9個(gè)強(qiáng)度遞減比例為0.4的曝光點(diǎn)的響應(yīng)最大值擬合得到X射線分幅相機(jī)4的響應(yīng)曲線，有7個(gè)點(diǎn)處在該響應(yīng)曲線的線性增長區(qū)域，則該線性區(qū)域中最強(qiáng)信號計(jì)數(shù)與最弱信號計(jì)數(shù)的比值即為X射線分幅相機(jī)4的動態(tài)范圍。在線性范圍內(nèi)的光斑數(shù)目越多、序列子光束強(qiáng)度遞減比例越大，則測量精度越高。由于被光束分割延遲器2分割后的光束的強(qiáng)度遞減比例是固定的，根據(jù)曝光點(diǎn)的強(qiáng)度可直接讀取動態(tài)范圍約為0.#/0.4^=244.14。直接讀取方式存在一定的誤差。
[0034]光束分割延遲器2的透射式光學(xué)元件的柱體可替換為長方體。
[0035]實(shí)施例3
[0036]實(shí)施例3介紹了標(biāo)定X射線分幅相機(jī)時(shí)間分辨率的反射式標(biāo)定裝置。
[0037]如圖4所示，本實(shí)施例的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，包括沿光路方向順序排列的激光器1、光束分割延遲器2和真空腔體3;所述激光器I輸出的激光束照射到光束分割延遲器2上，被光束分割延遲器2分割為序列子光束，序列子光束透過真空腔體3前端面的玻璃窗口，進(jìn)入真空腔體3，照射到X射線分幅相機(jī)4的光電陰極面;所述的真空腔體3的后端面與X射線分幅相機(jī)4的前端面通過帶密封圈的真空密封面密封連接。
[0038]所述的激光器I輸出的激光束的波長為248nm、脈寬小于等于500fs。
[0039]如圖5所示，所述的光束分割延遲器2為反射式光學(xué)組件，由迎光面為平面的光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為傾斜放置的等光程差的階梯型，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆反射率相同的反射膜。
[0040]激光器I產(chǎn)生的激光束照射到光束分割延遲器2的迎光面。光束分割延遲器2將激光束分割為等空間間距、等時(shí)間間隔且強(qiáng)度一致的序列子光束，進(jìn)入真空腔體3后在X射線分幅相機(jī)4的光電陰極面上形成等空間間距、等時(shí)間間隔、等強(qiáng)度的序列光斑。X射線分幅相機(jī)4對其曝光時(shí)間內(nèi)到來的光斑成像并記錄，通過被記錄光斑數(shù)目、光斑時(shí)間間隔以及光斑成像的強(qiáng)弱分布，得到X射線分幅相機(jī)4的時(shí)間分辨率。
[0041]設(shè)計(jì)光束分割延遲器2的反射式光學(xué)元件的光程差，使序列子光束的時(shí)間間隔為2.5ps。將時(shí)間間隔2.5ps的序列光斑沿X射線分幅相機(jī)4的微帶線橫向排列，經(jīng)X射線分幅相機(jī)4選通成像后得到7個(gè)時(shí)間間隔2.5ps的曝光點(diǎn)，根據(jù)7個(gè)曝光點(diǎn)的最大強(qiáng)度擬合得到曝光曲線，取其曝光曲線的半高寬得到其時(shí)間分辨率為5ps。被曝光的光斑數(shù)目越多、光束時(shí)間間隔越小，則測量精度越高。由于被光束分割延遲器2分割后的光束的時(shí)間間隔是相等的，根據(jù)曝光點(diǎn)的強(qiáng)弱可直接讀取曝光時(shí)間約為2.5ps X 2=5ps。直接讀取方式存在一定的誤差。
[0042]光束分割延遲器2的反射式光學(xué)元件的迎光面可由平面替換為有聚焦效果的柱面或者球面。
[0043]實(shí)施例4
[0044]實(shí)施例4介紹了標(biāo)定X射線分幅相機(jī)動態(tài)范圍的反射式標(biāo)定裝置。
[0045]實(shí)施例4與實(shí)施例3的標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，如圖6所示，光束分割延遲器2的反射式光學(xué)組件的反射式光學(xué)元件的迎光面為有聚焦效果的柱面，迎光面為傾斜放置的豎直平面型，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆透過率等比例遞減的透射膜。
[0046]激光器I產(chǎn)生的激光束照射到光束分割延遲器2的迎光面。光束分割延遲器2將激光束分割為等空間間距、無時(shí)間間隔且強(qiáng)度等比例遞減的序列子光束，進(jìn)入真空腔體3后在X射線分幅相機(jī)4的光電陰極面上形成等空間間距、無時(shí)間間隔、強(qiáng)度等比例遞減的序列光斑。X射線分幅相機(jī)4對序列光斑成像并記錄，通過光束分割延遲器2的光學(xué)元件的強(qiáng)度遞減比例、被記錄的光斑數(shù)目以及光斑成像的強(qiáng)弱分布，得到X射線分幅相機(jī)4的動態(tài)范圍。
[0047]設(shè)計(jì)光束分割延遲器2的反射式光學(xué)元件的迎光面反射率遞減比例，使序列子光束的強(qiáng)度遞減比例為0.4。將強(qiáng)度遞減比例為0.4的序列光斑沿X射線分幅相機(jī)4的微帶線橫向排列。經(jīng)X射線分幅相機(jī)4選通成像后得到9個(gè)強(qiáng)度遞減比例為0.4的曝光點(diǎn)，根據(jù)9個(gè)強(qiáng)度遞減比例為0.4的曝光點(diǎn)的響應(yīng)最大值擬合得到X射線分幅相機(jī)4的響應(yīng)曲線，有7個(gè)點(diǎn)處在該響應(yīng)曲線的線性增長區(qū)域，則該線性區(qū)域中最強(qiáng)信號計(jì)數(shù)與最弱信號計(jì)數(shù)的比值即為X射線分幅相機(jī)4的動態(tài)范圍。在線性范圍內(nèi)的光斑數(shù)目越多、序列子光束強(qiáng)度遞減比例越大，則測量精度越高。由于被光束分割延遲器2分割后的光束的強(qiáng)度遞減比例是固定的，根據(jù)曝光點(diǎn)的強(qiáng)度可直接讀取動態(tài)范圍約為0.470.4^=244.14。直接讀取方式存在一定的誤差。
[0048]光束分割延遲器2的反射式光學(xué)元件的迎光面可由柱面替換為球面或者平面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述裝置包括沿光路方向順序排列的激光器(I)、光束分割延遲器(2)和真空腔體(3);所述激光器(I)輸出的激光束照射到光束分割延遲器(2)上，被光束分割延遲器(2)分割成序列子光束，序列子光束透過真空腔體(3)的前端面的玻璃窗口，進(jìn)入真空腔體(3)，照射到X射線分幅相機(jī)(4)的光電陰極面;所述的真空腔體(3)的后端面與X射線分幅相機(jī)(4)的前端面通過帶密封圈的真空密封面密封連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的激光器(I)輸出的激光束的波長為X射線分幅相機(jī)(4)的響應(yīng)波長，脈寬小于等于X射線分幅相機(jī)(4)時(shí)間分辨率的1/10。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的光束分割延遲器(2)為透射式光學(xué)組件。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的透射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的形狀為長方體或柱體。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的透射式光學(xué)組件為透射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為等光程差的階梯型，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆透過率相同的透射膜。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的透射式光學(xué)組件為透射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為豎直平面，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆透過率等比例遞減的透射膜。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的光束分割延遲器(2)為反射式光學(xué)組件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的反射式光學(xué)組件的光學(xué)元件的迎光面為平面、柱面或球面。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的反射式光學(xué)組件為反射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為傾斜放置的等光程差的階梯型，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆反射率相同的反射膜。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線分幅相機(jī)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述的反射式光學(xué)組件為反射式光學(xué)元件逐層疊加，迎光面為傾斜放置的平面，每個(gè)光學(xué)元件的迎光面涂覆反射率等比例遞減的反射膜。
【文檔編號】G01N23/04GK205538748SQ201620181524
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】曹柱榮, 袁錚, 陳韜, 楊志文, 鄧博, 王強(qiáng)強(qiáng), 鄧克立
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心