CN107085233A - 一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统，所述系统中的黑腔置于开孔玻璃光阑的前方，黑腔的激光注入孔发射的X光通过开孔玻璃光阑、瞄准节、精密针孔，再穿过开孔荧光板上的限孔到达平响应XRD探测器的灵敏面，产生脉冲电流信号；精密针孔和开孔荧光板上的限孔限制瞄准区域，可实现辐射流局域化精密测量。本发明不需对精密针孔和开孔透镜进行精密装配，瞄准装调方便灵活，增加了系统的可靠性及工程可行性。本发明可实现对黑腔内部特定区域产生的辐射流的时间分辨测量，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统

技术领域

本发明属于X光探测领域，具体涉及一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统。

背景技术

在现有技术中，空间分辨辐射流测量系统具有时间分辨、空间分辨、可定量化测量、可多角度测量等优点，在激光惯性约束核聚变领域具有广泛的应用前景。基于针孔-透镜组件和平响应XRD探测器的空间分辨辐射流探测设备，可提供黑腔内部局部区域绝对辐射流时间演化信息，理论上可分辨黑腔内不同区域产生的辐射流，可为黑腔能量学研究提供高时间精度和空间精度的细致数据，名称为《黑腔内部指定区域辐射流直接测量》（Direct measurement of x-ray flux for a pre-specified highly-resolved regionin hohlraum，Kuan Ren, Shenye Liu, Lifei Hou et al. Optics Express，2015，23(19)，240938.）的文章对其基本原理进行了详细说明。

现有技术中的空间分辨辐射流测量系统采用复合式针孔-透镜组件，将精密针孔粘贴在开孔透镜中心位置，但由于开孔透镜可见光光轴与X光光轴不同轴，导致系统瞄准调节十分复杂；因系统使用时每发次均需更换成像板，导致系统轴线存在晃动，瞄准稳定性较差；此外，由于系统离线调节时水平放置，而在线测量时需竖直放置，导致针孔和限孔的相对位置因系统结构重力发生变化，离线调试不能为在线测量提供参考。

发明内容

为了克服已有技术中空间分辨辐射流测量系统可见光光轴与X光光轴不同轴、系统瞄准困难、瞄准稳定性差的不足，本发明提供一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统。本发明能够用于开展局域X光辐射流测量，增加系统的可靠性及工程可行性。

本发明的技术方案如下：

本发明的基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特点是，所述的测量系统包括开孔玻璃光阑、瞄准节、精密针孔、开孔透镜、CMOS相机、开孔荧光板、平响应XRD探测器、信号衰减器、示波器、采集计算机。所述的开孔玻璃光阑、精密针孔、开孔透镜、开孔荧光板、平响应XRD探测器的中心依次设置在同一条光路上。所述的平响应XRD探测器、信号衰减器、示波器、采集计算机依次电连接。所述CMOS相机与光路成一夹角，用于观测开孔荧光板上的图像。黑腔置于开孔玻璃光阑的前方，黑腔的激光注入孔发射的X光通过开孔玻璃光阑、瞄准节、精密针孔，再穿过开孔荧光板上的限孔到达平响应XRD探测器的灵敏面，产生脉冲电流信号，脉冲电流信号经过信号衰减器衰减至示波器的量程范围内，并由采集计算机采集。开孔荧光板上的限孔周围区域记录的X光图像用于确定平响应XRD探测器测得辐射流的来源区域。

所述的CMOS相机与光路之间的夹角范围为20度-40度。

所述的精密针孔与开孔透镜的中心间距小于60 mm。

所述的开孔玻璃光阑的截止波长为450 nm。

所述的精密针孔的直径为100 um、长度为100 um，精密针孔的两端面圆孔直径差小于5 um。

所述的瞄准节的焦距为500 mm。

所述的精密针孔的材料采用镍钴合金。

作为本发明的优选：精密针孔和开孔透镜分开放置并进行准直调节，可避免开孔透镜的光学轴与精密针孔的几何轴不重合的问题。

作为本发明的优选：开孔玻璃光阑的截止波长为450 nm，可透过可见光瞄准时使用的绿光，同时能够阻挡激光惯性约束聚变实验中采用的三倍频打靶激光，光阑不需在线进行开闭，减小对系统瞄准精度的影响。

作为本发明的优选：瞄准节焦距为500 mm，能够记录激光惯性约束聚变实验中腔靶的具体位置，便于在线精密瞄准。

作为本发明的优选：精密针孔的直径为100 um，两端面孔径差小于5 um，厚度为100 um，材料采用镍钴合金。

作为本发明的优选：开孔透镜的物距、像距与针孔成像的物距、像距不同。

作为本发明的优选：X光束流能够在所述开孔荧光板上直接成像，并通过CMOS相机进行记录。

本发明的一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其基本原理是：采用精密针孔和开孔荧光板上的限孔限定系统瞄准区域，区域尺度约为200 um，黑腔内部受激光辐照产生的X光通过精密针孔和开孔荧光板上的限孔到达平响应XRD探测器的灵敏面，由于精密针孔和开孔荧光板上的限孔的存在，视场内部可分为全亮区和半亮区，平响应XRD探测器灵敏面对全亮区中的点源张开的立体角相同，而对半亮区中的点源张开的立体角随点源与系统光轴之间距离的增大而减小。通过精密针孔和开孔荧光板上的限孔限定瞄准区域，可实现黑腔内部光斑区、再发射区、填充等离子体区的辐射流的直接测量。系统采用开孔透镜进行可见光离线调试，开孔透镜与精密针孔分离设置，可有效解决开孔透镜可见光光轴与系统X光光轴不重合对系统瞄准产生的影响。同时，采用瞄准节记录靶的位置，可有效对系统光轴进行校准。

本发明的有益效果是，本发明中将开孔透镜和精密针孔分离，可直接避免开孔透镜可见光光轴与系统X光光轴不重合的影响，从而使得离线调试中可见光光轴指示X光光轴具备可行性。同时，本发明采用瞄准节记录靶的位置，当瞄准区域发生变化时，可通过瞄准节对系统光轴直接进行复位，提高了系统瞄准稳定性。另外，本发明中采用波长截止型玻璃作为开孔玻璃光阑，既可确保可见光离线调试时透镜收光不受影响，也可确保激光注入实验时三倍频激光不进入系统视场，避免信号干扰，同时，由于不需要对光阑进行开闭控制，极大简化了系统设计的复杂程度。本发明采用开孔荧光板，可在实验过程中对黑腔激光注入孔附近区域直接成像，相比于前期技术采用的开孔成像板，可避免拆卸开孔成像板对系统造成的干扰，简便易行，可保证系统瞄准的稳定性。本发明可实现对黑腔内部特定区域产生的辐射流的时间分辨测量，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统实施例1的结构示意图；

图2是本发明的一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统实施例2的结构示意图；

图中，1.黑腔 2.开孔玻璃光阑 3.瞄准节 4.精密针孔 5.开孔透镜 6.CMOS相机7.开孔荧光板 8.平响应XRD探测器 9.信号衰减器 10.示波器 11.采集计算机。

具体实施方式

实施例1

图1是本发明的一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统实施例1的结构示意图，图1中，本发明的一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统，包括开孔玻璃光阑2、瞄准节3、精密针孔4、开孔透镜5、CMOS相机6、开孔荧光板7、平响应XRD探测器8、信号衰减器9、示波器10、采集计算机11。所述的开孔玻璃光阑2、精密针孔4、开孔透镜5、开孔荧光板7、平响应XRD探测器8的中心依次设置在同一条光路上。所述的平响应XRD探测器8、信号衰减器9、示波器10、采集计算机11依次电连接。所述CMOS相机6与光路成一夹角，用于观测开孔荧光板上的图像。黑腔1置于开孔玻璃光阑2的前方，黑腔1的激光注入孔发射的X光通过开孔玻璃光阑2、瞄准节3、精密针孔4，再穿过开孔荧光板7上的限孔到达平响应XRD探测器8的灵敏面，产生脉冲电流信号，脉冲电流信号经过信号衰减器9衰减至示波器10的量程范围内，并由采集计算机11采集。开孔荧光板7上的限孔周围区域记录的X光图像用于确定平响应XRD探测器8测得辐射流的来源区域。

所述的开孔玻璃光阑2的截止波长为450 nm。

所述的精密针孔4的直径为100 um、长度为100 um。

所述的瞄准节3的焦距为500 mm。

所述的精密针孔4的材料采用镍钴合金。

本实施例中， CMOS相机6与光路之间的夹角范围为20度；所述的精密针孔4与开孔透镜5的中心间距为50 mm；所述的精密针孔4的两端面圆孔直径差为4 um。

本发明中的开孔透镜和精密针孔分开进行二维调节，且精密针孔组件采用扇叶形设计，以保证开孔透镜可尽可能收集可见光并在后端开孔荧光板上成像。

本发明离线瞄准时，采用十字叉丝靶对系统光路进行校准，开孔玻璃光阑2、精密针孔4、开孔透镜5、开孔荧光板7、平响应XRD探测器8的中心应调至一条直线上，并对准十字叉丝靶中心。具体而言，首先以十字叉丝靶中心和平响应XRD探测器8中心确定一条光路，并通过二维调节将开孔玻璃光阑2、精密针孔4、开孔荧光板7调至该光路上；其次，使用DPL激光器给十字叉丝靶打光，十字叉丝靶反射的光线通过开孔透镜5收集后在后端开孔荧光板7上成像，并通过CMOS相机6记录，通过调节开孔透镜5的位置，使得十字叉丝靶形成的十字叉丝像位于系统光路上，即可将开孔透镜5的光轴调节至系统光路上；最后，调节瞄准节3的两组粗瞄镜头和细瞄镜头，使十字叉丝靶中心位于粗瞄镜头和细瞄镜头中心，并记录十字叉丝靶中心的坐标位置。

本发明在线瞄准时，将系统安装于神光III主机装置通用搭载平台（DIM）上，通过调节使得黑腔1激光注入孔中心位于瞄准节3的粗瞄镜头和细瞄精头中心，同时，使用DPL激光器给黑腔1打光，通过开孔透镜5对黑腔1进行成像，并通过调节系统使得黑腔1的像位于开孔荧光板7的中心，即完成在线瞄准。

本发明在线测量时，黑腔1激光注入孔处发射的X光通过精密针孔4、开孔荧光板7上的限孔到达平响应XRD探测器8的灵敏面，产生脉冲电流信号，即为系统测量的特定区域的绝对X光辐射流。开孔荧光板7上限孔周围区域记录的X光图像对应于黑腔1激光注入孔上的X光图像，可用于确定平响应XRD探测器8测得辐射流的具体来源区域。

实施例2

图2是本发明的一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统实施例2的结构示意图。

在图2中，本实施例与实施例1的基本结构相同，不同之处是，不采用瞄准节3，将开孔透镜5置于精密针孔4的前端；本实施例中， CMOS相机6与光路之间的夹角范围为30度；所述的精密针孔4与开孔透镜5的中心间距为55 mm；所述的精密针孔4的两端面圆孔直径差为3 um。

本发明在线瞄准时，采用开孔透镜5对黑腔1进行成像，并在开孔荧光板7上观察黑腔1的像，并通过调节精密针孔4和开孔透镜5使得黑腔1的像位于开孔荧光板7中心。本实施例不需借助于瞄准节3，可应用于无法使用瞄准节3的实验场所，如神光III-原型激光装置。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特征在于：所述的测量系统包括开孔玻璃光阑（2）、瞄准节（3）、精密针孔（4）、开孔透镜（5）、CMOS相机（6）、开孔荧光板（7）、平响应XRD探测器（8）、信号衰减器（9）、示波器（10）、采集计算机（11）；所述的开孔玻璃光阑（2）、精密针孔（4）、开孔透镜（5）、开孔荧光板（7）、平响应XRD探测器（8）的中心依次设置在同一条光路上；所述的平响应XRD探测器（8）、信号衰减器（9）、示波器（10）、采集计算机（11）依次电连接；所述CMOS相机（6）与光路成一夹角，用于观测开孔荧光板上的图像；黑腔（1）置于开孔玻璃光阑（2）的前方，黑腔（1）的激光注入孔发射的X光通过开孔玻璃光阑（2）、瞄准节（3）、精密针孔（4），再穿过开孔荧光板（7）上的限孔到达平响应XRD探测器（8）的灵敏面，产生脉冲电流信号，脉冲电流信号经过信号衰减器（9）衰减至示波器（10）的量程范围内，并由采集计算机（11）采集；开孔荧光板（7）上的限孔周围区域记录的X光图像用于确定平响应XRD探测器（8）测得辐射流的来源区域。

2.根据权利要求1所述的基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特征在于：所述的CMOS相机（6）与光路之间的夹角范围为20度-40度。

3.根据权利要求1所述的基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特征在于：所述的精密针孔（4）与开孔透镜（5）的中心间距小于60 mm。

4.根据权利要求1所述的基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特征在于：所述的开孔玻璃光阑（2）的截止波长为450 nm。

5.根据权利要求1所述的基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特征在于：所述的精密针孔（4）的直径为100 um、长度为100 um，精密针孔（4）的两端面圆孔直径差小于5 um。

6.根据权利要求1所述的基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特征在于：所述的瞄准节（3）的焦距为500 mm。

7.根据权利要求1所述的基于精密针孔的局域辐射流测量系统，其特征在于：所述的精密针孔（4）的材料采用镍钴合金。