一种高分辨多通道弯晶成像系统及装调方法

本发明涉及激光等离子体用x射线成像，尤其是涉及一种高分辨多通道弯晶成像系统及装调方法。

背景技术：

1、在激光惯性约束聚变研究中，激光等离子体辐射的x射线包含了丰富的物理信息，可用于研究激光与物质相互作用以及等离子体的电子温度、密度以及电离等状态参数。其中时间分幅的x射线高分辨成像技术在诊断激光等离子体的时间演化行为中发挥着重要的作用，是研究驱动不对称性、流体力学不稳定性增长、热斑形状及燃料混合等重要物理问题的关键手段。基于曲面晶体的x射线成像具有单色性好、集光效率高、空间分辨率高、有效视场大等优点，广泛应用于激光等离子体诊断。

2、其中应用较为普遍的是球面弯晶，但是球面弯晶高分辨成像需要x射线近正入射，从而限制了球面弯晶可选择的晶体材料、晶向、衍射级次或工作能量。超环面弯晶结构是解决这一瓶颈问题的有效途径，通过调控其在子午方向和弧矢方向不同的曲率半径，能够有效消除两个方向存在的像散，有效拓展弯晶成像的工作场景。特别在组合成多通道弯晶成像结构下，结合像面位置放置的分幅相机等，能够在高单色性、高空间分辨条件下进一步实现时间分幅测量，从而诊断等离子体信息的时间演化行为。例如，2000年ingo uschmann等设计了针对靶丸氩元素掺杂的lyβ和heβ线自发光成像测量的十通道si<311>和ge<311>超环面弯晶，工作能点是4.2kev，十通道成像分别排布在2个微带(对应两个瞬态时刻)上，空间分辨率优于15μm。2021年jiang等针对ti元素kα线自发光成像(工作能点为4.75kev)，研制了四通道ge<400>超环面弯晶，并获得了空间分辨率约4-10μm的离线实验结果。

3、对于背光成像形式的多通道弯晶成像系统，不仅要保障多个成像通道对同一物方视场的瞄准精度，还要实现对不同背光视场位置的精确控制。目前的弯晶系统调试方法主要采用可见光激光建立光轴，并在反复的离线x射线实验进一步精调弯晶成像的物像关系，很难适应多通道精密物像关系的高精度调整需求。同时，尽管基于普通x光管靶材作为照明光源能够用于某些能量线的离线x射线精调，但是对于激光等离子体诊断中常用的大部分的互组合线，仍难以选择合适的离线x射线光管靶材作为装调能点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高分辨多通道弯晶成像系统及装调方法，成像系统通过多通道弯晶的优化排布，实现了其与成像元件的有效耦合，并且利用周期性衍射物在激光下的阿贝成像原理，在可见光波段获得x射线弯晶反射器件的高分辨成像结果，并据此建立弯晶成像最佳的物像关系，实现弯晶系统的高精度装调。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高分辨多通道弯晶成像系统的装调方法，包括以下步骤：

3、s1、采用扩束准直后的可见光激光作为相干光源，调节多通道弯晶器件至可见光激光反射光路上，调节成像元件至多通道弯晶器件的像面位置；

4、s2、在物平面上放置周期性衍射物作为空间分辨率标记物，相干光源经过周期性衍射物后衍射转化成来自光源所在平面不同点的光波，光波经过多通道弯晶器件的反射，聚到像面上对应的点，形成周期性衍射物的空间频谱，空间频谱光波经过自由空间在像面上形成包含多个级次的衍射物图像；

5、s3、根据周期性物体的阿贝成像所确定的弯晶成像最佳的物像位置，采用x射线光管替换可见光激光，完成x射线弯晶成像弯晶精密物像关系的系统装调。

6、优选的，步骤s1中，当弯晶元件的结构为聚焦形式时，周期性衍射物、多通道弯晶器件、成像元件的相对位置在子午和弧矢方向上都满足：

7、

8、

9、其中，u为激光等离子体x射线辐射源至弯晶中心的距离，v为弯晶中心至像面的距离，θ为弯晶中心位置的布拉格衍射角，fm和fs分别为子午和弧矢方向的焦距；rm为子弧方向的曲率半径；rs为弧矢方向的曲率半径。

10、本发明还提供了一种高分辨多通道弯晶成像系统，包括沿光路方向依次设置的可见光激光、周期性衍射物、多通道弯晶器件、成像元件，多通道弯晶器件的下侧设置有与其传动连接的整体姿态调整组件，成像元件的下侧设置有与其传动连接的第一直线导轨。

11、优选的，多通道弯晶器件包括多个并列设置的弯晶元件，弯晶元件为球面、超环面、椭圆面形状中的一种。

12、优选的，整体姿态调整组件包括第二直线导轨和水平移动底座。

13、因此，本发明采用上述一种高分辨多通道弯晶成像系统及装调方法，其技术效果如下：

14、(1)利用可见光激光的阿贝成像原理，获得x射线弯晶反射器件的高分辨成像结果，并据此建立弯晶成像最佳的物像关系，解决了多通道弯晶系统离线装配中对理想物点位置高精度瞄准的难题，保证了系统的空间分辨率，同时具有正确的光轴角度关系以保证成像的衍射效率，实现了弯晶系统的高精度装调。

15、(2)通过将多通道空间分辨弯晶成像系统与分幅相机耦合，使弯晶谱仪具有空间和光谱分辨率的多通道光学结构，用于多通道背光成像类型的诊断实验，如对调制靶的流体力学不稳定性增长的测量。

16、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种高分辨多通道弯晶成像系统的装调方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高分辨多通道弯晶成像系统的装调方法，其特征在于，步骤s1中，当弯晶元件的结构为聚焦形式时，周期性衍射物、多通道弯晶器件、成像元件的相对位置在子午和弧矢方向上都满足：

3.根据权利要求1-2任一所述的一种高分辨多通道弯晶成像系统，其特征在于，包括沿光路方向依次设置的可见光激光、周期性衍射物、多通道弯晶器件、成像元件，多通道弯晶器件的下侧设置有与其传动连接的整体姿态调整组件，成像元件的下侧设置有与其传动连接的第一直线导轨。

4.根据权利要求3所述的一种高分辨多通道弯晶成像系统，其特征在于，多通道弯晶器件包括多个并列设置的弯晶元件，弯晶元件为球面、超环面、椭圆面形状中的一种。

5.根据权利要求3所述的一种高分辨多通道弯晶成像系统，其特征在于，整体姿态调整组件包括第二直线导轨和水平移动底座。

技术总结
本发明公开了一种高分辨多通道弯晶成像系统及装调方法，包括：S1、采用扩束准直后的可见光激光作为相干光源，调节多通道弯晶器件至可见光激光反射光路上，调节成像元件至多通道弯晶器件的像面位置；S2、在物平面上放置周期性衍射物，相干光源经过周期性衍射物后衍射转化成来自光源所在平面不同点的光波，光波经过弯晶的反射，聚到像面上对应的点，形成周期性衍射物的空间频谱，空间频谱光波经过自由空间在像面上形成衍射物图像；S3、根据周期性物体的阿贝成像确定的弯晶成像最佳物像位置，采用X射线光管替换可见光激光。保障多个成像通道对同一物方视场的瞄准精度，实现对不同背光视场位置的精确控制，满足多通道精密物像关系高精度调整的需求。

技术研发人员：伊圣振,杜慧瑶,王占山,司昊轩
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15