CN106454334B - 一种x射线分幅相机曝光时间的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种X射线分幅相机曝光时间的测量装置，所述装置包括沿光路方向顺序排列的激光器、光束分割延迟器、标准具和真空腔体。激光器输出的激光束被光束分割延迟器分割为等空间间距、等时间间隔的序列子光束Ⅰ，再正入射到标准具，转化成一系列与标准具的光程差相同、光强逐渐减弱的序列子光束Ⅱ，序列子光束Ⅱ透过真空腔体前端面的玻璃窗口，照射到X射线分幅相机的微带线阴极上，经选通成像后得到曝光图像，获得曝光时间。该测量装置具有体积小，效率高，测量结果直观易见的优点，能精密标定曝光时间小于10ps的X射线分幅相机，为X射线分幅相机的诊断测试数据的处理和理论程序的校验提供依据。
Description
技术领域
本发明属于光学精密测量技术领域，具体涉及一种X射线分幅相机曝光时间的测量装置。
背景技术
X射线分幅相机可以提供二维空间、时间宽度几纳秒的多幅等离子体发光区图像，因而成为激光惯性约束聚变实验等研究中最重要的诊断工具之一。在激光聚变点火攻关的道路上，随着激光能量的提高和打靶装置的升级，聚变点火论证实验对诊断精密化的要求越来越高。曝光时间作为X射线分幅相机最重要的性能指标，其测量与标定成为诊断精密化的重要内容。
近年来，X射线分幅相机发展迅速，其时间分辨从原来的100ps左右提升到30ps甚至5ps。从前，X射线分幅相机曝光时间的测量一般采用短脉冲紫外激光大光斑均匀照射X射线分幅相机微带线阴极，采集动态选通图像后，根据增益曲线的半高宽读取曝光时间。当X 射线分幅相机曝光时间为100ps左右、触发信号晃动为50ps以内，这种方法是可行的。由于当前X 射线分幅相机的选通脉冲电源的电路原理决定其触发晃动无法优于50ps。而对于曝光时间低于50ps甚至达5ps的X 射线分幅相机，若触发信号晃动大于30ps，则当激光照射在X 射线分幅相机的微带线阴极上时，选通脉冲可能还未到达或者已经通过，故该测量方法采到动态选通图像的成功率极低，只能靠多次尝试碰运气。通常，这种方法只能测量曝光时间大于50ps的X射线分幅相机，且测量效率极低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种X射线分幅相机曝光时间的测量装置。
本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特点是，包括沿光路方向顺序排列的激光器、光束分割延迟器、标准具和真空腔体；所述的激光器输出的激光束照射到光束分割延迟器上，被光束分割延迟器分割为等空间间距、等时间间隔的序列子光束Ⅰ；序列子光束Ⅰ正入射到标准具，经标准具后序列子光束Ⅰ转化成一系列与标准具的光程差相同、光强逐渐减弱的序列子光束Ⅱ，序列子光束Ⅱ透过真空腔体前端面的玻璃窗口，进入真空腔体，照射到X射线分幅相机的微带线阴极上；所述的真空腔体的后端面与X射线分幅相机的前端面通过带密封圈的真空密封面密封连接；
所述的激光器输出的激光束的波长为X射线分幅相机的响应波长，激光束的脉宽小于等于X射线分幅相机曝光时间的1/10，激光束的光斑直径大于等于X射线分幅相机5的微带线阴极的宽度；
所述的标准具的光程差大于等于X射线分幅相机曝光时间的2倍；
所述的序列子光束Ⅰ的子光束的强度一致，序列子光束Ⅰ的子光束的宽度小于等于X射线分幅相机的微带线阴极宽度的1/12；所述的序列子光束Ⅰ的相邻子光束的空间距离小于X射线分幅相机微带线阴极宽度的1/7，相邻子光束的时间间隔小于等于X射线分幅相机曝光时间的1/2。
所述的光束分割延迟器为透射式光学组件。所述的透射式光学组件的光学元件的形状为长方体或柱体。所述的透射式光学组件为透射式光学元件逐层叠加，迎光面为等光程差的阶梯型，每个光学元件的迎光面涂覆透过率相同的透射膜。
所述的光束分割延迟器为反射式光学组件。所述的反射式光学组件的光学元件的迎光面为平面、柱面或球面。所述的反射式光学组件为反射式光学元件逐层叠加，迎光面为倾斜放置的等光程差的阶梯型，每个光学元件的迎光面涂覆反射率相同的反射膜。
本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置具有体积小，效率高，测量结果直观易见的优点，能精密标定曝光时间小于10ps的X射线分幅相机，为X射线分幅相机的诊断测试数据的处理和理论程序的校验提供依据。
附图说明
图1为本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置的结构示意图（透射式）；
图2为本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置中的光束分割延迟器结构示意图（透射式阶梯型）；
图3为本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置中序列子光束I正入射到标准具后转化为序列子光束Ⅱ的示意图；
图4为本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置中序列子光束Ⅱ沿X射线分幅相机微带线阴极的排列方式示意图；
图5为本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置的结构示意图（反射式）；
图6为本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置中的光束分割延迟器结构示意图（反射式阶梯型）；
图中，1.激光器 2.光束分割延迟器 3. 标准具 4.真空腔体 5.X射线分幅相机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，包括沿光路方向顺序排列的激光器1、光束分割延迟器2、标准具3和真空腔体4；所述激光器1输出的激光束照射到光束分割延迟器2上，被光束分割延迟器2分割为等空间间距、等时间间隔的序列子光束Ⅰ；序列子光束Ⅰ正入射到标准具3，经标准具3后序列子光束Ⅰ转化成一系列与标准具3的光程差相同、光强逐渐减弱的序列子光束Ⅱ，序列子光束Ⅱ透过真空腔体4前端面的玻璃窗口，进入真空腔体4，并照射到X射线分幅相机5的微带线阴极上；所述真空腔体4的后端面与X射线分幅相机5的前端面通过带密封圈的真空密封面密封连接。
所述的激光器1输出的激光束的波长为248nm、脉宽为500fs，光斑直径为10mm。
如图2所示，所述的光束分割延迟器2为透射式光学组件，由长方体的透射式光学元件逐层叠加，迎光面为等光程差的阶梯型，每个光学元件的迎光面涂覆透过率相同的透射膜。
激光器1产生的激光束照射到光束分割延迟器2的迎光面。光束分割延迟器2将激光束分割为强度一致、单束宽度小于等于X射线分幅相机微带线阴极宽度的1/12、相邻子光束的空间距离小于等于X射线分幅相机微带线阴极宽度的1/7的序列子光束Ⅰ。如图3所示，序列子光束Ⅰ正入射到标准具3后，得到一系列与标准具3的光程差相同、光强逐渐减弱的序列子光束Ⅱ，然后进入真空腔体4，从而在X射线分幅相机5的微带线阴极上形成如图4所示的等空间间距、等时间间隔、等强度的序列延迟光斑。根据X射线分幅相机5的选通脉冲电源固有延迟时间与光路延迟时间的差值，设置X射线分幅相机5的选通脉冲电源的触发延迟时间，则在选通脉冲沿微带线阴极传输的过程中，X 射线分幅相机总能对标准具3出射的某个序列子光束Ⅱ进行动态选通成像并记录，通过被记录光斑数目、光斑时间间隔以及光斑成像的强弱分布，得到X射线分幅相机5的曝光时间。
设计光束分割延迟器2的透射式光学元件的光程差，使序列子光束Ⅰ的单束宽度为0.5mm，相邻子光束的空间距离为0.8mm，相邻子光束的时间间隔为2.5ps。设计标准具3的光程差为20ps。时间间隔2.5ps的序列子光束Ⅰ正入射到标准具3后，将从标准具3出射多组被依次延迟20ps的序列子光束Ⅱ，每组序列子光束Ⅱ内的相邻子光束的时间间隔保持2.5ps不变。序列子光束Ⅱ沿X射线分幅相机5的宽度为6mm的微带线阴极横向排列，计算X射线分幅相机5的选通脉冲电源固有延迟时间及光路延迟时间的差值，设置X射线分幅相机5的选通脉冲电源的触发延迟时间，则X射线分幅相机5的选通脉冲总是能与某一组序列子光束Ⅱ同步到达微带线阴极，从而被X射线分幅相机5选通成像后得到7个时间间隔2.5ps的曝光点，根据7个曝光点的最大强度拟合得到曝光曲线，曝光曲线的半高宽即为曝光时间，故X射线分幅相机5的曝光时间为5ps。被曝光的光斑数目越多、光束时间间隔越小，则测量精度越高。由于被光束分割延迟器2分割后的序列子光束的时间间隔是相等的，根据曝光点的强弱可直接读取曝光时间约为2.5ps×2=5ps。直接读取方式存在一定的误差。
光束分割延迟器2的透射式光学元件的长方体可替换为柱体。
实施例2
如图5所示，本发明的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，包括沿光路方向顺序排列的激光器1、光束分割延迟器2、标准具3和真空腔体4；所述激光器1输出的激光束照射到光束分割延迟器2上，被光束分割延迟器2分割为等空间间距、等时间间隔的序列子光束Ⅰ；序列子光束Ⅰ正入射到标准具3，经标准具3后序列子光束Ⅰ转化成一系列与标准具3的光程差相同、光强逐渐减弱的序列子光束Ⅱ，序列子光束Ⅱ透过真空腔体4前端面的玻璃窗口，进入真空腔体4，并照射到X射线分幅相机5的微带线阴极上；所述真空腔体4的后端面与X射线分幅相机5的前端面通过带密封圈的真空密封面密封连接。
所述的激光器1输出的激光束的波长为248nm、脉宽为500fs，光斑直径为10mm。
如图6所示，所述的光束分割延迟器2为反射式光学组件，由迎光面为平面的光学元件逐层叠加，迎光面为等光程差的阶梯型，每个光学元件的迎光面涂覆反射率相同的反射膜。
激光器1产生的激光束照射到光束分割延迟器2的迎光面。光束分割延迟器2将激光束分割为强度一致、单束宽度小于等于X射线分幅相机微带线阴极宽度的1/12、相邻子光束的空间距离小于等于X射线分幅相机微带线阴极宽度的1/7的序列子光束Ⅰ。如图3所示，序列子光束Ⅰ正入射到标准具3后，得到一系列与标准具3的光程差相同、光强逐渐减弱的序列子光束Ⅱ，然后进入真空腔体4，从而在X射线分幅相机5的微带线阴极上形成如图4所示的等空间间距、等时间间隔、等强度的序列延迟光斑。根据X射线分幅相机5的选通脉冲电源固有延迟时间与光路延迟时间的差值，设置X射线分幅相机5的选通脉冲电源的触发延迟时间，则在选通脉冲沿微带线阴极传输的过程中，X 射线分幅相机总能对标准具3出射的某个序列子光束Ⅱ进行动态选通成像并记录，通过被记录光斑数目、光斑时间间隔以及光斑成像的强弱分布，得到X射线分幅相机5的曝光时间。
设计光束分割延迟器2的反射式光学元件的光程差，使序列子光束Ⅰ的单束宽度为0.5mm，相邻子光束的空间距离为0.8mm，相邻子光束的时间间隔为2.5ps。设计标准具3的光程差为20ps。时间间隔2.5ps的序列子光束Ⅰ正入射到标准具3后，将从标准具3出射多组被依次延迟20ps的序列子光束Ⅱ，每组序列子光束Ⅱ内的相邻子光束的时间间隔保持2.5ps不变。序列子光束Ⅱ沿X射线分幅相机5的宽度为6mm的微带线阴极横向排列，计算X射线分幅相机5的选通脉冲电源固有延迟时间及光路延迟时间的差值，设置X射线分幅相机5的选通脉冲电源的触发延迟时间，则X射线分幅相机5的选通脉冲总是能与某一组序列子光束Ⅱ同步到达微带线阴极，从而被X射线分幅相机5选通成像后得到7个时间间隔2.5ps的曝光点，根据7个曝光点的最大强度拟合得到曝光曲线，曝光曲线的半高宽即为曝光时间，故X射线分幅相机5的曝光时间为5ps。被曝光的光斑数目越多、光束时间间隔越小，则测量精度越高。由于被光束分割延迟器2分割后的序列子光束的时间间隔是相等的，根据曝光点的强弱可直接读取曝光时间约为2.5ps×2=5ps。直接读取方式存在一定的误差。
光束分割延迟器2的反射式光学元件的迎光面可由平面替换为有聚焦效果的柱面或者球面。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特征在于，包括沿光路方向顺序排列的激光器（1）、光束分割延迟器（2）、标准具（3）和真空腔体（4）；所述的激光器（1）输出的激光束照射到光束分割延迟器（2）上，被光束分割延迟器（2）分割为等空间间距、等时间间隔的序列子光束Ⅰ；序列子光束Ⅰ正入射到标准具（3），经标准具（3）后序列子光束Ⅰ转化成一系列与标准具（3）的光程差相同、光强逐渐减弱的序列子光束Ⅱ，序列子光束Ⅱ透过真空腔体（4）前端面的玻璃窗口，进入真空腔体（4），照射到X射线分幅相机（5）的微带线阴极上；所述的真空腔体（4）的后端面与X射线分幅相机（5）的前端面通过带密封圈的真空密封面密封连接；
所述的激光器（1）输出的激光束的波长为X射线分幅相机（5）的响应波长，激光束的脉宽小于等于X射线分幅相机（4）曝光时间的1/10，激光束的光斑直径大于等于X射线分幅相机（5）的微带线阴极的宽度；
所述的标准具（3）的光程差大于等于X射线分幅相机曝光时间的2倍；
所述的序列子光束Ⅰ的子光束的强度一致，序列子光束Ⅰ的子光束的宽度小于等于X射线分幅相机（5）的微带线阴极宽度的1/12；所述的序列子光束Ⅰ的相邻子光束的空间距离小于X射线分幅相机微带线阴极宽度的1/7，相邻子光束的时间间隔小于等于X射线分幅相机曝光时间的1/2。
2.根据权利要求1所述的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特征在于：所述的光束分割延迟器（2）为透射式光学组件。
3.根据权利要求2所述的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特征在于：所述的透射式光学组件的光学元件的形状为长方体或柱体。
4.根据权利要求2所述的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特征在于：所述的透射式光学组件为透射式光学元件逐层叠加，迎光面为等光程差的阶梯型，每个光学元件的迎光面涂覆透过率相同的透射膜。
5.根据权利要求1所述的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特征在于：所述的光束分割延迟器（2）为反射式光学组件。
6.根据权利要求5所述的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特征在于：所述的反射式光学组件的光学元件的迎光面为平面、柱面或球面。
7.根据权利要求5所述的X射线分幅相机曝光时间的测量装置，其特征在于：所述的反射式光学组件为反射式光学元件逐层叠加，迎光面为倾斜放置的等光程差的阶梯型，每个光学元件的迎光面涂覆反射率相同的反射膜。
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