为了评估惯性约束聚变实验中激光辐射驱动的对称性和均匀性，分析靶丸的运动过程，设计一种新型诊断单色X射线的弯曲晶体布喇格成像系统，该系统核心部件由色散元件球面弯曲晶体和探测装置组成.利用光线追踪软件对该成像系统进行模拟验证，并搭建了晶体布喇格成像系统进行X射线背光成像测试实验.实验获得了清晰的Cr靶单色X射线背光二维网格信息，石英球面晶体布喇格成像系统空间分辨率为83 μm，表明该成像系统可以用于等离子体X射线的背光成像诊断.

为了诊断激光装置聚爆靶辐射等离子体内部的分布及运动过程, 搭建了基于球面弯曲晶体的能谱成像系统。该系统的核心元件为弯曲半径为200 mm的石英球面弯曲晶体(1011), 利用晶体的晶格结构进行反射, 利用弯曲表面实现聚焦。在中国工程物理研究院神光Ⅲ原型激光装置上利用该能谱成像系统首次进行X射线能谱成像实验。IP成像板得到了清晰的高Z元素Au等离子体X射线能谱。能谱信息分析显示, 石英球面弯曲晶体得到的能谱分辨率约为1 380, 与能谱分辨模型理论值的误差为3.9%。该结果表明石英球面弯曲晶体具有很好能谱分辨能力。

为了实现对惯性约束聚变的诊断, 获取聚爆过程中高温等离子体X射线能谱信息和内爆靶丸的二维空间分辨信息, 利用晶体的布拉格衍射特性设计制作了球面晶体分析器, 晶体弯曲半径为125 mm。为了验证球面晶体的空间分辨能力, 搭建了背光成像平台进行了背光成像实验, 石英球面晶体为衍射核心元件, 接收装置IP板得到了Cu靶的二维空间分辨信息, 基于石英球面晶体的成像平台得到的空间分辨率约为100 μm。

为了实现球面晶体背光成像、验证球面晶体背光成像系统性能, 采用模拟软件SHADOW对该背光成像系统进行了模拟研究, 并对实际成像过程中影响系统成像的探测器位置、背光源的大小等参量进行了模拟分析。结果表明, 探测器位置的微小变化对成像系统的相对放大率影响较小; 背光源越小, 成像系统的空间分辨率越高。该成像系统具有很好的空间分辨率, 系统性能稳定可靠。

球面晶体背光成像系统是一种重要的惯性约束聚变诊断技术, 为了验证球面晶体背光成像系统性能, 优化成像系统结构, 利用光线追踪软件SHADOW对该系统背光成像进行模拟, 对成像系统参量中成像物体位置、球面晶体弯曲半径和布拉格角等进行了模拟分析。结果表明: 布拉格角为57°和65°的球面晶体背光成像系统, 当成像物体厚度或者物体放置的误差Δa=±1 mm,晶体弯曲半径误差ΔR=±3 mm, 布拉格角误差Δθ=±0.1 mrad时, 在子午面和弧矢面光线追踪模拟的2个成像系统的相对放大率与经过相对放大率公式计算的结果比较吻合, 说明参量的微小变化对成像系统的相对放大率影响较小, 成像系统性能稳定可靠。

为了在聚爆装置上对目标靶进行光谱分析及成像诊断, 设计了超环面晶体 X射线成像系统。从理论上分析了 Johann型弯曲晶体结构的成像像差, 利用模拟软件对基于布拉格结构的弯晶系统进行仿真成像, 研究布拉格角与成像空间分辨力的关系。采用 Oxford射线管、 X射线检测器及云母超环面晶体对金属网格进行了 X射线背光成像实验, 实验获得了网格的 X射线图像及铜的 Kα射线光谱, 结果表明超环面晶体能够进行微米级的高分辩成像, 也可用于检测 X射线光谱。

为了扩展自由空间光通信的应用领域,设计了一套稳定性好、实用性较强的逆向调制光通信系统.采用一种基于声光调制器、逆向光链路等核心元件的实验方法,利用现场可编程门阵列发出晶体管-晶体管逻辑门电平对声光调制器进行控制,采用二进制频移键控与二进制脉宽调制调制相结合的四进制调制方法,同时使用冗余校验置换、改进的汉明码等加密纠错方式,实现了室内逆向调制激光通信.结果表明,该通信系统的串口通信速率可达115.2kbit/s、高频载波达1MHz、且保密性良好、误比特率低于10-6,同时证明了激光外调制逆向通信系统载波最高可达到5MHz左右.

为了研究和诊断箍缩聚变的聚爆靶高温等离子体内部的形状、分布及各种运动过程，基于晶体布拉格衍射，研制了新型球面弯曲晶体能谱成像系统。其核心元件是石英球面弯曲晶体(1010)，弯曲半径为200 mm。在中国工程物理研究院“阳”加速器上利用能谱成像系统进行了Z箍缩等离子体X射线能谱成像实验。X射线胶片得到了清晰的钛等离子体X射线能谱成像信息。对实验所得能谱信息进行分析，石英球面弯曲晶体得到等离子体X射线的能谱分辨率约为1092，与X射线能谱分辨几何模型理论值比较吻合。实验结果表明石英球面弯曲晶体可以用于X射线的能谱诊断。

搭建了基于像素阵列碲锌镉晶体的辐射成像探测系统，采用X射线源完成了不同管电压条件下的成像探测实验。实验结果表明，在保持较高辐照通量的条件下，管电压的增大会导致探测器出现范围逐渐扩大的无信号响应屏蔽区域，无响应区域边缘像素出现非线性信号变化。进一步通过建立探测器有限元模型，求解了第一类边界条件电势泊松方程，仿真模拟了不同特征光子能量及线性衰减系数条件下，碲锌镉晶体内部电势及电场分布。仿真结果表明，随着入射光子能量及线性衰减系数的变化，辐照中心的晶体内部出现相对高电势区域，造成电子载流子迁移路径出现扭曲而使得相应位置像素电极无法获得载流子感应电荷信号；而晶体内部相对高电势区域范围的非线性变化，是信号屏蔽区域边缘的像素单元信号随着入射光子能量的增加出现非线性变化的主要原因。

使用同一块CdZnTe晶体设计制作了像素大小不等的4×4公共格栅像素CdZnTe探测器.通过能谱测定实验及权重势和电场仿真,研究了公共格栅像素CdZnTe探测器中的小像素效应和引导效应.结果表明:由于小像素效应较弱,较大的像素不能有效消除“空穴拖尾”,能谱特性较差;由于晶体内部以及像素和公共格栅间隙表层的电荷损失,较小的像素能谱特性也较差.在像素宽度为0.8 mm时,得到了对662 keV的137Cs放射源的最佳能量分辨率3.80%和峰谷比5.65.适当增大公共格栅偏压可以引导电子向阳极像素运动,促进电荷的完全收集,改善探测器的能谱特性.过大的偏压则会造成像素和公共格栅间表面漏电流的增加,探测器的能谱特性也会恶化.在像素宽度为0.8 mm时最佳偏压为-60 V.