一种x射线分幅相机的标定装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种X射线分幅相机的标定装置，所述装置包括沿光路方向顺序排列的激光器、光束分割延迟器和真空腔体；所述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成等空间间距、等时间间隔的序列子光束，或者被分割成等空间间距、强度等比例递减的序列子光束；序列子光束透过真空腔体前端面的玻璃窗口，进入真空腔体，照射到X射线分幅相机的光电阴极面；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。本实用新型的标定装置体积小、造价低、操作简单方便，能为曝光时间极短的X射线分幅相机提供高精度、高效率的时间分辨率和动态范围的精密标定，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。
【专利说明】
一种X射线分幅相机的标定装置
技术领域
[0001]本实用新型属于光学精密测量技术领域，具体涉及一种X射线分幅相机的标定装置。
【背景技术】
[0002]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X射线分幅相机等诊断设备的性能指标以及诊断精密化的要求越来越高。2012年，美国成功研制一种基于电子脉冲展宽技术的超高速展宽型X射线分幅相机，其时间分辨率高达5ps，我国研究人员紧随其步伐，研制了时间分辨率达17ps的展宽型X射线分幅相机。这些超高时间分辨的X射线分幅相机使得激光聚变的时空诊断能力上了一个新台阶。但是，要提高诊断精密化程度，就要精密标定X射线分幅相机的性能指标，从而正确评价所测数据的不确定度等因素。
[0003]当前，美国对超高速展宽型X射线分幅相机(DIXI ,Dilat1n χ-ray imager)的时间分辨率标定方法采用马赫-曾德尔干涉仪法，该方法使用脉宽lOOfs，波长266nm的紫外激光，延迟80ns后进入干涉仪，通过调整镜面位置实现其中一路激光光程可调，与另一路光程固定的激光产生一系列时间间隔1.67ps的序列脉冲，以此对时间分辨率为几个ps的DIXI相机进行标定，由于该方法需要精确调整四个镜面的夹角，操作难度较大，对机械调整精度及复位精度要求极高，并且系统的光学元件和调节机构较多、结构复杂、稳定性差、造价较高，不利于X射线分幅相机时间分辨率的高频率、高精度的标定应用。对于X射线分幅相机的动态范围，一般采用台阶滤片或偏振片分光的方法进行测量，但这些方法标定精度差、不确定度高。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种X射线分幅相机的标定装置。
[0005]本实用新型的X射线分幅相机的标定装置，其特点是，包括沿光路方向顺序排列的激光器、光束分割延迟器和真空腔体;所述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成序列子光束，序列子光束透过真空腔体前端面的玻璃窗口，进入真空腔体，照射到X射线分幅相机的光电阴极面;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。
[0006]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，脉宽小于等于X射线分幅相机时间分辨率的1/10。
[0007]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;所述的透射式光学组件为透射式光学元件逐层叠加，迎光面为竖直平面，每个光学元件的迎光面涂覆透过率等比例递减的透射膜。
[0008]当透射式光学组件的光学元件的迎光面为等光程差的阶梯型时，光束分割延迟器将激光束分割为等空间间距、等时间间隔且强度一致的序列子光束；当透射式光学组件的光学元件的迎光面为竖直平面时，光束分割延迟器将激光束分割为等空间间距、无时间间隔且强度等比例递减的序列子光束。标定时，只需将光束分割延迟器放置于激光光路中并调整好姿态，即可产生标定X射线分幅相机的时间分辨率或动态范围的激光脉冲序列，不需要在标定过程中再作任何移动或调整，减少了操作难度，降低了标定装置造价，提高了系统稳定性和标定效率。设计透射式光学组件的光学元件为柱体形状，可将分割后的子光束聚焦，可避免激光能量弱或光斑对比度差引起的不确定度，提高标定精度。
[0009]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;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平面，每个光学元件的迎光面涂覆反射率等比例递减的反射膜。
[0010]当反射式光学组件的光学元件的迎光面为倾斜放置的等光程差的阶梯型时，光束分割延迟器将激光束分割为等空间间距、等时间间隔且强度一致的序列子光束；当反射式光学组件的光学元件的迎光面为倾斜放置的竖直平面时，光束分割延迟器将激光束分割为等空间间距、无时间间隔且强度等比例递减的序列子光束。标定时，只需将光束分割延迟器放置于激光光路中并调整好姿态，即可产生标定X射线分幅相机的时间分辨率或动态范围的激光脉冲序列，不需要在标定过程中再作任何移动或调整，减少了操作难度，降低了标定装置造价，提高了系统稳定性和标定效率。设计反射式光学组件的光学元件的迎光面为柱面或者球面，可将分割后的子光束聚焦，可避免激光能量弱或光斑对比度差引起的不确定度，提高标定精度。
[0011]本实用新型的X射线分幅相机的标定装置具有体积小、造价低、操作简单方便的优点，能为时间分辨率极高的X射线分幅相机提供高精度、高效率的时间分辨率和动态范围的精密标定，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】
[0012]图1为本实用新型的X射线分幅相机的标定装置的结构示意图(透射式)；
[0013]图2为光束分割延迟器的结构示意图(透射式阶梯型)；
[0014]图3为光束分割延迟器的结构示意图(透射式平面型)；
[0015]图4为本实用新型的X射线分幅相机的标定装置的结构示意图(反射式)；
[0016]图5为光束分割延迟器的结构示意图(反射式阶梯型)；
[0017]图6为光束分割延迟器的结构示意图(反射式平面型)；
[0018]图中，1.激光器2.光束分割延迟器3真空腔体4.X射线分幅相机。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例详细说明本实用新型。
[0020]以下实施例仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。有关技术领域的人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本实用新型的范畴。
[0021]实施例1
[0022]实施例1介绍了标定X射线分幅相机时间分辨率的透射式标定装置。
[0023]如图1所示，本实施例的X射线分幅相机的标定装置，包括沿光路方向顺序排列的激光器1、光束分割延迟器2和真空腔体3;所述激光器I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分割为序列子光束，序列子光束透过真空腔体3前端面的玻璃窗口，进入真空腔体3，照射到X射线分幅相机4的光电阴极面;所述真空腔体3的后端面与X射线分幅相机4的前端面通过带密封圈的真空密封面密封连接。
[0024]所述的激光器I输出的激光束的波长为248nm、脉宽小于等于500fs。
[0025]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。
[0026]激光器I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将激光束分割为等空间间距、等时间间隔且强度一致的序列子光束，进入真空腔体3后在X射线分幅相机4的光电阴极面上形成等空间间距、等时间间隔、等强度的序列光斑。X射线分幅相机4对其曝光时间内到来的光斑成像并记录，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4的时间分辨率。
[0027]设计光束分割延迟器2的透射式光学元件的光程差，使序列子光束的时间间隔为2.5ps。将时间间隔2.5ps的序列光斑沿X射线分幅相机4的微带线横向排列，经X射线分幅相机4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，取其曝光曲线的半高宽得到其时间分辨率为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 X 2=5ps。直接读取方式存在一定的误差。
[0028]光束分割延迟器2的透射式光学元件的长方体形状可替换为有聚焦效果的柱体形状。
[0029]实施例2
[0030]实施例2介绍了标定X射线分幅相机动态范围的透射式标定装置。
[0031]实施例2与实施例1的标定装置的结构基本相同，不同之处在于，如图3所示，光束分割延迟器2的透射式光学组件的透射式光学元件为有聚焦效果的柱体，迎光面为竖直平面，每个光学元件的迎光面涂覆透过率等比例递减的透射膜。
[0032]激光器I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将激光束分割为等空间间距、无时间间隔且强度等比例递减的序列子光束，进入真空腔体3后在X射线分幅相机4的光电阴极面上形成等空间间距、无时间间隔、强度等比例递减的序列光斑。X射线分幅相机4对序列光斑成像并记录，通过光束分割延迟器2的光学元件的强度递减比例、被记录的光斑数目以及光斑成像的强弱分布，得到X射线分幅相机4的动态范围。
[0033]设计光束分割延迟器2的光学元件的迎光面透过率递减比例，使序列子光束的强度递减比例为0.4。将强度递减比例为0.4的序列光斑沿X射线分幅相机4。的微带线横向排列。经X射线分幅相机4选通成像后得到9个强度递减比例为0.4的曝光点，根据9个强度递减比例为0.4的曝光点的响应最大值拟合得到X射线分幅相机4的响应曲线，有7个点处在该响应曲线的线性增长区域，则该线性区域中最强信号计数与最弱信号计数的比值即为X射线分幅相机4的动态范围。在线性范围内的光斑数目越多、序列子光束强度递减比例越大，则测量精度越高。由于被光束分割延迟器2分割后的光束的强度递减比例是固定的，根据曝光点的强度可直接读取动态范围约为0.#/0.4^=244.14。直接读取方式存在一定的误差。
[0034]光束分割延迟器2的透射式光学元件的柱体可替换为长方体。
[0035]实施例3
[0036]实施例3介绍了标定X射线分幅相机时间分辨率的反射式标定装置。
[0037]如图4所示，本实施例的X射线分幅相机的标定装置，包括沿光路方向顺序排列的激光器1、光束分割延迟器2和真空腔体3;所述激光器I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分割为序列子光束，序列子光束透过真空腔体3前端面的玻璃窗口，进入真空腔体3，照射到X射线分幅相机4的光电阴极面;所述的真空腔体3的后端面与X射线分幅相机4的前端面通过带密封圈的真空密封面密封连接。
[0038]所述的激光器I输出的激光束的波长为248nm、脉宽小于等于500fs。
[0039]如图5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。
[0040]激光器I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将激光束分割为等空间间距、等时间间隔且强度一致的序列子光束，进入真空腔体3后在X射线分幅相机4的光电阴极面上形成等空间间距、等时间间隔、等强度的序列光斑。X射线分幅相机4对其曝光时间内到来的光斑成像并记录，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4的时间分辨率。
[0041]设计光束分割延迟器2的反射式光学元件的光程差，使序列子光束的时间间隔为2.5ps。将时间间隔2.5ps的序列光斑沿X射线分幅相机4的微带线横向排列，经X射线分幅相机4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，取其曝光曲线的半高宽得到其时间分辨率为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 X 2=5ps。直接读取方式存在一定的误差。
[0042]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。
[0043]实施例4
[0044]实施例4介绍了标定X射线分幅相机动态范围的反射式标定装置。
[0045]实施例4与实施例3的标定装置的结构基本相同，不同之处在于，如图6所示，光束分割延迟器2的反射式光学组件的反射式光学元件的迎光面为有聚焦效果的柱面，迎光面为倾斜放置的竖直平面型，每个光学元件的迎光面涂覆透过率等比例递减的透射膜。
[0046]激光器I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将激光束分割为等空间间距、无时间间隔且强度等比例递减的序列子光束，进入真空腔体3后在X射线分幅相机4的光电阴极面上形成等空间间距、无时间间隔、强度等比例递减的序列光斑。X射线分幅相机4对序列光斑成像并记录，通过光束分割延迟器2的光学元件的强度递减比例、被记录的光斑数目以及光斑成像的强弱分布，得到X射线分幅相机4的动态范围。
[0047]设计光束分割延迟器2的反射式光学元件的迎光面反射率递减比例，使序列子光束的强度递减比例为0.4。将强度递减比例为0.4的序列光斑沿X射线分幅相机4的微带线横向排列。经X射线分幅相机4选通成像后得到9个强度递减比例为0.4的曝光点，根据9个强度递减比例为0.4的曝光点的响应最大值拟合得到X射线分幅相机4的响应曲线，有7个点处在该响应曲线的线性增长区域，则该线性区域中最强信号计数与最弱信号计数的比值即为X射线分幅相机4的动态范围。在线性范围内的光斑数目越多、序列子光束强度递减比例越大，则测量精度越高。由于被光束分割延迟器2分割后的光束的强度递减比例是固定的，根据曝光点的强度可直接读取动态范围约为0.470.4^=244.14。直接读取方式存在一定的误差。
[0048]光束分割延迟器2的反射式光学元件的迎光面可由柱面替换为球面或者平面。
【主权项】
1.一种X射线分幅相机的标定装置，其特征在于，所述装置包括沿光路方向顺序排列的激光器(I)、光束分割延迟器(2)和真空腔体(3);所述激光器(I)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)分割成序列子光束，序列子光束透过真空腔体(3)的前端面的玻璃窗口，进入真空腔体(3)，照射到X射线分幅相机(4)的光电阴极面;所述的真空腔体(3)的后端面与X射线分幅相机(4)的前端面通过带密封圈的真空密封面密封连接。2.根据权利要求1所述的X射线分幅相机的标定装置，其特征在于，所述的激光器(I)输出的激光束的波长为X射线分幅相机(4)的响应波长，脉宽小于等于X射线分幅相机(4)时间分辨率的1/10。3.根据权利要求1所述的X射线分幅相机的标定装置，其特征在于，所述的光束分割延迟器(2)为透射式光学组件。4.根据权利要求3所述的X射线分幅相机的标定装置，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。5.根据权利要求3所述的X射线分幅相机的标定装置，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。6.根据权利要求3所述的X射线分幅相机的标定装置，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，迎光面为竖直平面，每个光学元件的迎光面涂覆透过率等比例递减的透射膜。7.根据权利要求1所述的X射线分幅相机的标定装置，其特征在于，所述的光束分割延迟器(2)为反射式光学组件。8.根据权利要求7所述的X射线分幅相机的标定装置，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。9.根据权利要求7所述的X射线分幅相机的标定装置，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。10.根据权利要求7所述的X射线分幅相机的标定装置，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平面，每个光学元件的迎光面涂覆反射率等比例递减的反射膜。
【文档编号】G01N23/04GK205538748SQ201620181524
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】曹柱荣, 袁铮, 陈韬, 杨志文, 邓博, 王强强, 邓克立
【申请人】中国工程物理研究院激光聚变研究中心