用于平面靶X射线诊断的1维KBA显微镜

对用于神光Ⅱ装置4.75keV能点平面靶成像诊断的1维KBA显微镜进行了实验研究。基于空间分辨力和工作环境要求,设计了1维KBA显微镜的光学结构,并与传统KB显微镜的成像性能进行了对比分析。设计和制备了可同时工作于8keV和4.75keV能点的双能点多层膜KBA物镜,解决了系统装调问题。利用神光Ⅱ装置第九路激光打击Ti靶产生的X射线作为背光源照射1 500目金网,进行了4.75keV网格成像实验,结果表明:在整个背光源照明区域内,系统的实际分辨力约为4μm,系统的有效视场受背光源大小的限制。

软X射线KBA显微镜分辨力及其影响因素

为了对KBA显微镜的分辨能力进行准确计算,对KBA显微镜的分辨力和影响因素进行了研究,分析了衍射效应、几何像差、面形误差和粗糙度等因素对分辨力的影响,以此为基础建立了KBA显微镜的分辨力计算模型,并模拟了KBA显微镜的分辨力与视场的关系。用KBA显微镜获得了2.5keV能量的X射线成像结果,中心视场范围的分辨力约为6μm。通过实验结果与模型模拟的对比,可得建立的模型对KBA显微镜分辨力与视场尺寸的关系的描述与实际测试的结果基本符合,并对不完善之处进行了分析。

KBA显微镜成像系统的成像模拟及X光成像实验的研究

KBA显微镜是一种非轴对称、非共轴的掠入射成像系统。其结构复杂,调节精度要求很高,在实际成像实验操作中难以掌握其成像特性。利用光学设计软件模拟其成像,对系统的调节和成像分析提供有益的参考。利用光学设计软件ZEMAX模拟了KBA显微镜对点源的成像过程,给出了KBA显微镜成像系统的焦深约为1 mm,景深为50 mm左右。并且由模拟可知,掠入射角对成像的影响很大。对像素尺寸约10μm的探测设备,模拟得出KBA成像系统的空间分辨力上限为3μm左右。基于星光Ⅱ装置对周期为20μm的网格靶成像,获得了KBA显微镜较为清晰的X光图像。该项工作为进一步开展掠入射成像系统的研究奠定了基础。

KBAX射线显微镜分辨力模型

综合考虑了几何像差、衍射效应和加工精度等因素对KBA X射线显微镜分辨力的影响,构建了分辨力模型。通过光线追迹模拟得到了不同视场位置的边缘响应函数,以20%～80%的评价标准确定了几何像差分辨力。由构建的空间分辨力模型得到理论分辨力。KBA X射线显微镜整个视场几何像差分辨力、理论分辨力和实测分辨力基本一致。用单层膜KBA显微镜获得的X射线成像结果,得出中心视场的分辨力约为4μm,±100μm视场的分辨力优于5μm。实验结果表明,几何像差对空间分辨力影响权重相对较大,是影响空间分辨力的决定性因素,其它因素的影响相对较小。

KBA X射线显微镜装调方法研究

KBAX射线显微镜为非共轴、掠入射软X射线成像系统,集光立体角很小,像质又要求非常高,这使得四个反射镜的安装位置要求相当严格。通常的位置或角度计量工具,在激光聚变靶室内空间受限的条件下,很难达到这么高的精度。因此为了保证KBA的成像质量,采用精度4″的测角仪使双反射镜的夹角误差小于20″。掠入射角对成像质量影响很大,为了使掠入射角小于10″,用自己设计的光路系统保证了掠入射角的精度要求。KBAX射线显微镜系统的主镜的孔径角4×10-6sr,无法实现锐聚焦。因此设计了一个辅助物镜代替它的主镜以实现锐聚焦。在某大型激光装置上进行的惯性约束聚变诊断实验中,运用这些方法所装调的KBAX射线显微镜获得了靶标(周期20μm,线宽6μm的无金膜镍网格)的清晰图像。

非共轴掠入射KB与KBA X射线显微镜的成像特性分析

由于X射线在介质中被强烈地吸收,加之介质的折射率在X射线波段略小于1,这些因素给X射线成像增加了很多难度,常规的成像方法难以适应X射线波段,目前多采用掠入射反射成像和编码孔径成像方法。详细分析掠入射情况下单镜及双反射镜的成像特性,对组成KBA显微镜的反射镜在掠入射条件下的焦距、视场倾斜、光阑位置等进行研究。研究结果表明:对于双反射镜结构,掠入射角为双反射镜夹角1/2时视场倾斜最少,光阑放在第2个镜子上成像质量优于放在第1个镜子上。最后分析KBA显微镜结构安排的合理性,从而为KBA显微镜设计和加工提供理论依据。

KBA型X射线显微系统

KBA型X射线显微镜的物与像不在同一水平面上,采用双对准方式解决了在靶室安装这套仪器的困难。与通常的光学系统不同,KBA显微镜的伪光轴与实轴夹角8.748 6°,设计了观察系统,保证了掠入射角的要求。KBA显微镜的物方孔径角很小,用可见光装调焦深很大,无法满足要求,因此设计了辅助光学成像系统,满足了焦深为±5mm的要求。

用于几keV能点动态成像诊断的KB-KBA混合型光学系统设计

围绕激光ICF研究中几keV能点的动态成像诊断需求,提出了具有大视场、高空间分辨、高集光效率和谱分辨特性的新型KB-KBA混合型光学结构。该结构以子午方向上两块单层膜球面镜校正像差,实现大视场内的高空间分辨;在弧矢方向上用一块多层膜球面镜聚焦,以保证较高的集光效率和谱分辨能力。该结构克服了传统单层膜和周期膜KBA结构在几keV能点动态成像诊断中存在的集光效率低,强度不均匀和有效视场受限等不足。针对2.5 keV和4.3 keV两个能点,给出了光学初始结构和膜系的设计,建立了考虑膜系反射性质的光线追迹模型。模拟结果表明,该KB-KBA混合型结构在子午方向1.4 mm视场内空间分辨均优于5μm,有效集光效率优于2×10^(-7)sr,可以满足动态成像诊断的需求。

KBA型X射线显微镜精度控制方法

KBA(改进的KB)型X射线显微镜为掠入射非共轴反射成像系统。前一组反射镜和后一组反射镜之间并不是严格垂直的,给像质分析带来相当大的困难。通常的光学CAD软件难于适应这种光学系统。把共轴球面折射系统的向量公式调整后设计了掠入射非共轴KBA显微镜成像系统程序,并用该程序分析了KBA系统的像差及综合误差。分析结果表明,KBA显微镜系统是大像差系统,当物距公差为-0.4～+1mm,掠入射公差在-8″～0,双反射镜夹角公差在-20″～0,弥散斑的变化在允许的范围内。该程序对于分析和研制KBA显微镜系统具有重要意义。

KBA显微成像系统程序设计与模拟

近20年来,由于X射线光刻技术、空间技术以及激光引爆的惯性约束聚变(ICF)的过程诊断等的需求,X射线成像技术获得迅速发展。但是,由于常规的成像方法难以适应X射线波段,目前大多采用掠入射反射成像和编码孔径成像方法。KBA显微镜为掠入射非共轴X射线反射成像系统,而且四块反射镜是空间分布的,前两块反射镜和后两块反射镜之间并不是严格互相垂直的,这给像质分析带来相当大的困难。通常的光学CAD软件难于适应这种光学系统。因此设计了掠入射非共轴反射成像的KBA显微镜成像系统程序,并用该程序分析了该系统的综合误差。物距公差为-0.4^+1 mm,掠入射角公差在-8″~0,双反射镜公差在-20″~0,弥散斑的变化在允许的范围内。