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1、第15卷 第8期强激光与粒子束Vol.15,No.82003年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,2003文章编号:100124322(2003)0820764205XX光环孔编码成像技术研究曹磊峰, 郑志坚, 丁永坤, 于燕宁, 李朝光(中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900) 摘 要:着眼于惯性约束聚变实验研究中的应用,对X光环孔编码成像技术进行了研究。利用数值模拟的手段,分析了环孔的自相关函数及其对环孔编码成像技术图像重建的影响,对不同的图像重建技术进行了初
2、步比较。基于星光II实验装置,利用自行研制的X光环孔编码成像系统进行了激光等离子体X光环孔编码成像技术的演示实验,获得了满意结果。 关键词:环孔; 编码成像; 内爆; 自相关函数 中图分类号:TN24文献标识码:A 惯性约束聚变研究(ICF)中,内爆压缩区域成像诊断具有重要意义。通过内爆压缩区域图像,人们可以获[1]得驱动辐射源的对称性、均匀性,以及内爆压缩等离子体流体力学不稳定性增长等重要物理信息。 内爆靶丸被压缩时,压缩区域具有很高的等离子体密度和温度,从而导致强烈的X光辐射。其中较硬的[1]X光,可以通过芯
3、部高密度的等离子体以及靶壳物质层逃逸出来,可用于对内爆压缩区域成像。当内爆压缩区域发生核聚变反应时(若内爆压缩区域密度不是太大时),该区域还将同时有α粒子、质子以及中子等辐射出[2～4]来。这时利用核探测的手段对内爆压缩区域成像是方便的。随着激光器能量水平的提高,靶丸的压缩水平越来越好,靶芯的温度、密度越来越大。这时该区域产生的X光辐射与带电粒子辐射将被完全俘获,无法逃[4]逸出来。在这种情况下,中子成像技术就成了内爆压缩区域成像的唯一选择。神光II装置目前在靶面可提供8×260J、波长为351nm的激光辐射。当靶参数和
4、激光辐照参数得到充分优化时,辐射驱动内爆实验应可以568产生10～10的D2D聚变中子产额和约10的D2T聚变中子产额。这样的剂量下带电粒子成像和中子成像技术难以奏效,X光成像手段仍是内爆压缩区域成像的最好选择。 常规的X光针孔成像具有小的收光立体角,对低通量X光辐射(内爆压缩区域的硬X光辐射通量通常比较小)成像不是十分有效。类似于Wolter显微镜、K2B显微镜的掠入射反射装置可以大幅度地提高收光效率,可望获得高分辨高信噪比X光图像,但这类装置技术难度较大,使用成本很高。 另一途径是X光编码成像技术。目前在ICF研
5、究领域中获得重要应用的有Fresnel波带片编码成像技[5][6][7][8]术(FZPCI)、半影成像技术(PAM)、均匀冗余阵列编码成像技术(URA)以及环孔编码成像技术(RAM)等。相对而言,环孔编码成像技术具有较高的成像信噪比和较小的编码孔制作成本。20世纪90年代[9]初,美国洛斯阿拉莫斯实验室研制了时间分辨X光环孔编码成像显微镜,用于激光内爆物理实验研究当中。[10][1]该装置曾在Nova装置上使用,现仍用于Omega装置上的ICF实验。1995年起,国内开展了X光环孔编码显微镜的研制工作,于1998年前后
6、试制出了第一台样机。近年来,国内的ICF研究进入迅猛发展的阶段,促使我们通过计算机模拟与实验相结合的方式对环孔编码成像技术进行了进一步研究。 本文介绍了对环孔编码成像技术的基本原理,对环孔的点扩展函数和空间分辨率等进行了讨论。利用紫外/X光深度光刻技术研制了单圆环形编码孔,借助现有的Gabor波带片编码相机做辅助设备,基于星光II装置,进行了X光环孔编码成像技术的演示实验,利用该技术获得了清晰的激光等离子体X光图像。1 环孔编码成像原理 环孔编码成像是一种两步成像过程:第一步如图1所示,构成成像目标s(x,y)(作为
7、示意,图中目标由两个点光源构成)的各个点源,经编码孔t(x,y)后透射并叠加到记录介质上,形成编码图h(ξ,η);第二步,由编码图h(ξ,η)通过特定办法将成像目标s(x,y)重建出来。编码图、编码孔以及成像目标三者之间的关系可以X收稿日期:2002209212;修订日期:2003203220基金项目:国家863计划项目资助课题;中物院激光聚变研究中心创新基金资助课题(9111)作者简介:曹磊峰(19672),男,博士,从事惯性约束聚变实验研究;绵阳市919信箱986分箱;E2mail:caolf@my2public.s
8、c.cninfo.net。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第8期 曹磊峰等:X光环孔编码成像技术研究765表示为∞∞h(ξ,η)=∫s′(x′,y′)t′(x′-ξ,y′-η)dx′dy′-∞∫-
