CN110837201A - 高时间分辨率分幅照相系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高时间分辨率分幅照相系统，包括成像光路和记录光路，所述成像光路包括第一透镜、分束镜、台阶反射镜和半导体器件，所述台阶反射镜的反射面上具有若干级台阶，任意两级台阶的厚度均不相同，所述半导体器件远离分束镜的一侧表面镀有金属反射膜。采用以上技术方案的高时间分辨率分幅照相系统，实现了对X射线二维空间分布的高时间分辨多幅照相，具有目前传统X射线分幅相机不可达到的高时间分辨能力。

Description

高时间分辨率分幅照相系统
技术领域
本发明涉及激光聚变研究技术领域，具体涉及一种高时间分辨率分幅照相系统。
背景技术
惯性约束聚变有望成为未来清洁利用聚变能源的有效途径，无论在民生经济还是在军事领域均具有重要的研究价值，世界上美国、中国、俄罗斯等大国围绕着激光惯性约束聚变开展了一系列深入的研究。惯性约束聚变根据驱动方式可分为直接驱动和间接驱动，无论哪种方式，最终都体现在对球形靶丸的压缩内爆，最终实现高压高温聚变燃烧，实现点火。
在激光惯性约束聚变研究中，X射线分幅相机是非常重要的诊断系统之一。采用X射线分幅相机，通过测量X射线的时空变化过程，可以完成对多种关键物理量及物理过程的诊断。比如，在间接驱动实验研究中，利用X射线分幅相机通过黑腔腔口测量腔内X射线发光过程，可以诊断出黑腔内等离子体聚心过程；结合X射线背光照相方法，利用X射线分幅相机，可以对靶丸压缩过程进行多幅拍照，从而诊断靶丸压缩速度及对称性等物理量；在内爆压缩后期，利用X射线分幅相机配接KB等显微成像系统，可以对热斑形貌演化过程进行诊断。
然而，受限于当前的电子工业技术发展现状，X射线分幅相机时间分辨通常难以优于40ps，针对某些超快物理过程，难以给出精细的实验数据，从而影响实验的最终分析判断。比如内爆过程中的热斑，其持续过程大约为100ps，因此为了获得热斑精细的演化过程，需要更高时间分辨的诊断技术对其二维形貌演化进行诊断，解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决现有分幅照相系统时间分辨率低的技术问题，本发明提供了一种高时间分辨率分幅照相系统。
其技术方案如下：
一种高时间分辨率分幅照相系统，包括成像光路和记录光路，其要点在于：所述成像光路包括第一透镜、分束镜、台阶反射镜和半导体器件，所述台阶反射镜的反射面上具有若干级台阶，任意两级台阶的厚度均不相同，所述半导体器件远离分束镜的一侧表面镀有金属反射膜；
待测X射线从半导体器件镀有金属反射膜的一侧表面射入，同时，超短脉冲激光依次经第一透镜和分束镜射向台阶反射镜，由台阶反射镜反射回若干束成像光束，各束成像光束先后依次射入半导体器件，再依次经金属反射膜和分束镜反射后引入记录光路，并由记录光路进行记录。
采用以上方式，在半导体器件中，各空间区域X射线引起的光折变效应，由于强度不同，对探针光(即各束成像光束)形成不同程度的相位调制，转化为探针光的强度调制，也就是说，将待测X射线的空间强度信息，转化为探针光的空间强度调制；通过台阶反射镜的结构设计，不仅使各束成像光束能够成像半导体器件的不同位置，而且由于各束成像光束到达的时间各不相同，形成超短脉冲时间序列，因而使各束成像光束能够携带待测X射线不同时间的强度信息，并最终由记录光路记录，从而实现了对X射线二维空间分布的高时间分辨多幅照相，具有目前传统X射线分幅相机不可达到的高时间分辨能力(优于10ps)。
作为优选：各级所述台阶的反射面均为平面结构，任意两级台阶的反射面的倾角均不相同，并使成像光束能够错位叠加地作用在半导体器件的表面。采用以上方式，能够覆盖半导体器件的更多位置。
作为优选：各级所述台阶的厚度关系呈等差数列分布。采用以上方式，能够更精确地控制时间分辨率。
作为优选：所述记录光路包括第二透镜、第三透镜、频域滤波器件和CCD，所述第二透镜位于分束镜和频域滤波器件之间，所述第三透镜位于频域滤波器件和CCD之间。采用以上方式，能够准确地记录照相结果。
作为优选：所述频域滤波器件为光阑。采用以上方式，能够稳定可靠地进行频域滤波。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
采用以上技术方案的高时间分辨率分幅照相系统，利用台阶反射镜产生超短脉冲时间序列，结合半导体器件光致折变效应及频域滤波，将待测X射线的空间强度信息转化为探针光的空间强度调制，同时基于台阶反射镜各台阶不同倾角设计，将携带不同时刻待测X射线空间强度信息的探针光成像至不同位置，并由记录光路进行记录，实现了对X射线二维空间分布的高时间分辨多幅照相，具有目前传统X射线分幅相机不可达到的高时间分辨能力。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为台阶反射镜的结构示意图；
图3为半导体器件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种高时间分辨率分幅照相系统，包括成像光路和记录光路，所述成像光路包括第一透镜1、分束镜2、台阶反射镜3和半导体器件4，所述记录光路包括第二透镜5、第三透镜6、频域滤波器件7和CCD8，所述第二透镜5位于分束镜2和频域滤波器件7之间，所述第三透镜6位于频域滤波器件7和CCD8之间。其中，所述台阶反射镜3和半导体器件4以及第一透镜1和第二透镜5两两相对地分布在分束镜2周围。
请参见图1和图2，所述台阶反射镜3的反射面上具有若干级台阶3a，任意两级台阶3a的厚度均不相同。进一步地，各级所述台阶3a的厚度关系呈等差数列分布。本实施例中，各级台阶3a的厚度差为1.5mm，当一束超短脉冲激光入射台阶反射镜3时，反射回的超短脉冲信号由于光程差，在时间上被分割成两两间距为10ps的超短脉冲序列，以配合实现高时间分辨率吩咐照相。具体地说，能够通过控制台阶3a的厚度差，调节超短脉冲序列中相邻超短脉冲信号的时间差，从而根据实际需要调整时间分辨率。
而且，各级所述台阶3a的反射面均为平面结构，任意两级台阶3a的反射面的倾角均不相同，并使成像光束能够错位叠加地作用在半导体器件4的表面。
请参见图1和图3，所述半导体器件4远离分束镜2的一侧表面镀有金属反射膜4a，该金属反射膜4a能够反射成像光束，并允许待测X射线通过。
本实施例中，所述频域滤波器件7为光阑，半导体器件4为锑化镉，采用锑化镉材料的半导体器件4能够将待测X射线的空间强度信息转化为折射率变化信息，从而对探针光进行调制。
请参见图1，待测X射线从半导体器件4镀有金属反射膜4a的一侧表面射入，同时，超短脉冲激光依次经第一透镜1和分束镜2射向台阶反射镜3，由台阶反射镜3反射回若干束成像光束，各束成像光束先后依次射入半导体器件4，再依次经金属反射膜4a和分束镜2反射后引入记录光路，并依次经第二透镜5、频域滤波器件7和第三透镜6射向CCD8，最终由CCD8记录。
具体地说，超短脉冲激光依次经第一透镜1和分束镜2射向台阶反射镜3，由于台阶反射镜3特殊的多级台阶3a设计，使各束成像光束不仅具有不同的时间延时，还能够在半导体器件表面呈现错位叠加状态。同时，半导体器件4一面镀有金属反射膜4a，待测X射线从金属反射膜4a的一面入射，各束成像光束从半导体器件4另一面入射，穿过半导体器件4并在金属反射膜4a处反射。各束成像光束在半导体器件4中，由于不同光强引起不同程度的光折变效应在半导体器件4中，各空间区域X射线引起的光折变效应，由于强度不同，对各束成像光束形成不同程度的相位调制(由于光折变效应形成的相位调制，转化为探针光的强度调制，换句话说，就是将待测X射线的空间强度信息，转化为探针光的空间强度调制)。然后，各束成像光束进入记录光路后，经第二透镜5射向频域滤波器件7，由频域滤波器件7频域滤波后，经第三透镜6射向CCD8，最终由CCD8记录，即可获得对待测X射线的高时间分辨分幅照相结果。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高时间分辨率分幅照相系统，包括成像光路和记录光路，其特征在于：所述成像光路包括第一透镜(1)、分束镜(2)、台阶反射镜(3)和半导体器件(4)，所述台阶反射镜(3)的反射面上具有若干级台阶(3a)，任意两级台阶(3a)的厚度均不相同，所述半导体器件(4)远离分束镜(2)的一侧表面镀有金属反射膜(4a)；
待测X射线从半导体器件(4)镀有金属反射膜(4a)的一侧表面射入，同时，超短脉冲激光依次经第一透镜(1)和分束镜(2)射向台阶反射镜(3)，由台阶反射镜(3)反射回若干束成像光束，各束成像光束先后依次射入半导体器件(4)，再依次经金属反射膜(4a)和分束镜(2)反射后引入记录光路，并由记录光路进行记录。
2.根据权利要求1所述的高时间分辨率分幅照相系统，其特征在于：各级所述台阶(3a)的反射面均为平面结构，任意两级台阶(3a)的反射面的倾角均不相同，并使成像光束能够错位叠加地作用在半导体器件(4)的表面。
3.根据权利要求1所述的高时间分辨率分幅照相系统，其特征在于：各级所述台阶(3a)的厚度关系呈等差数列分布。
4.根据权利要求1所述的高时间分辨率分幅照相系统，其特征在于：所述记录光路包括第二透镜(5)、第三透镜(6)、频域滤波器件(7)和CCD(8)，所述第二透镜(5)位于分束镜(2)和频域滤波器件(7)之间，所述第三透镜(6)位于频域滤波器件(7)和CCD(8)之间。
5.根据权利要求4所述的高时间分辨率分幅照相系统，其特征在于：所述频域滤波器件(7)为光阑。
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