1 中国科学技术大学核科学技术学院等离子体物理与聚变工程系，安徽 合肥 230026
2 IFSA 联合创新中心，上海交通大学，上海 200240
提出了一种紧凑型偏振干涉仪，其能够在单一记录设备上同时获得等离子体干涉、偏振以及阴影图，通过单发测量即可求解磁感应强度。通过理论分析和参数仿真，确定了干涉仪的最优光学设置，明确了干涉仪的误差来源。干涉仪被成功应用于激光固体靶自生磁场的实验中，可成功测量到几百微米空间尺度、10 T量级的磁场。借助磁流体模拟与虚拟仪器建模，得到了磁场的合成诊断图像，模拟合成结果与实验结果显示出令人满意的一致性。这种紧凑型偏振干涉仪有望提升大激光装置的实验效率，也可以用于提高小激光装置的灵活性，能够有效降低磁场诊断的成本和风险。
测量 偏振干涉仪 自生磁场 激光等离子体 等离子体诊断
1 中国科学院智能红外感知重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
受限于初始构型和光学加工能力，现有X射线成像诊断设备的最优空间分辨率被限制在3~5 μm。提出一种基于开放式Wolter构型的亚微米分辨率X射线显微镜。详细介绍了显微镜的光学结构、设计方法和关键参数。提出一种适用于Rayleigh-Taylor不稳定性诊断的大视场、高分辨率X射线显微镜的光学设计方案。开展了基于光线追迹的构型验证、像质仿真和系统响应效率评价。显微镜设计工作能点为2.5 keV，有效视场为±0.35 mm，在全视场范围内空间分辨率优于1 μm，几何集光立体角为3.73×10-5 sr，峰值响应效率为1.52×10-5 sr。
X射线光学 惯性约束聚变 等离子体诊断 Rayleigh-Taylor不稳定性 Wolter 多层膜
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
极紫外正入射光学系统广泛应用于生物结构显微成像、等离子体诊断、太阳物理观测和极紫外光刻等领域中，对其开展深入研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程研究所在极紫外正入射光学系统方面的最新进展进行介绍，列举了应用于超热电子诊断、微纳成像、极紫外辐照损伤及Z箍缩等离子体诊断等不同场景中的多套正入射光学系统。这些系统分别在相应的应用中实现了优异的性能表现：毫米级视场内微米级的空间分辨；几十微米级视场内亚微米的超高空间分辨；大数值孔径下的超高能量密度极紫外辐照及多能点多通道的时空间诊断。研究所在极紫外正入射光学系统研究中取得的进展为我国等离子体诊断设备的自主可控及高端制造装备的技术储备提供了有力支持。
极紫外 多层膜 Schwarzschild系统 等离子体诊断 成像系统 聚焦系统 extreme ultraviolet multilayer Schwarzschild system plasma diagnostics imaging system focusing system 光学 精密工程
2022, 30(21): 2678
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
发展精密X射线诊断技术对于惯性约束聚变（ICF）物理过程的研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程技术研究所在高性能多层膜掠入射X射线光学方面的最新进展进行了较全面的介绍。针对ICF高时空分辨、能谱分辨和高集光效率诊断需求，从多通道掠入射X射线成像技术、多层膜掠入射X射线成像技术及应用效果几个方面，对目前研究进展进行了系统介绍。在多通道掠入射X射线成像方面主要介绍高分辨多通道KB成像系统及其高精度在线装调技术。在实现空间分辨优于5 μm、十六通道成像的基础上，采用 “物-诊断物镜-像”的高复位精度集成指示技术，有效保障了多通道KB系统的装置应用效果。在多层膜掠入射X射线成像方面，本文主要介绍多层膜分光器件的能谱调控和制备技术以及系统的精密瞄准技术。目前，多套基于多层膜阵列器件的多能谱X射线诊断设备已在激光装置上得到广泛应用，空间分辨率在3~5 μm，诊断能点达到4个，技术指标显著优于国外同类器件，为国内ICF诊断提供了有力支撑。
惯性约束聚变 等离子体诊断 多层膜 Kirkpatrick-Baez显微镜 高时空分辨 inertial confinement fusion plasma diagnostics multilayer Kirkpatrick-Baez microscope high spatiotemporal resolution 光学 精密工程
2022, 30(21): 2783
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 310027
3 中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室，四川 绵阳 621999
提出了一种用于模拟探测光穿过等离子体通道后衍射成像过程的分段衍射模型，该模型考虑了等离子体对探测光的散焦效应。将分段衍射模型与现有计算模型进行对比，并将模拟结果与基于纵向衍射测量法的实验结果进行拟合，获得了不同衍射环结构下的电子密度分布。结果表明：分段衍射模型可以拓展探测范围，实现对较高电子密度等离子体的测量。基于分段衍射模型测量电子密度和光丝尺寸的方法为精确诊断光丝提供了一种新思路。
非线性光学 飞秒激光成丝 等离子体诊断 衍射理论 电子密度 中国激光
2022, 49(24): 2408001
强激光与粒子束
2022, 34(12): 122004
大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室，辽宁大连 116024
近年来，太赫兹时域光谱技术 (THz-TDS)被用于多种等离子体源的电子密度诊断研究中，但其可靠性程度评估工作开展较少，亟需补齐相应研究。本文将 THz-TDS用于诊断电感耦合等离子体源(ICP)的电子密度，ICP驱动频率为 13.56 MHz，功率为 250~400 W，工作介质为氩气，气压为 30~99 Pa。诊断结果显示电子密度随输入功率和气压单调递增，电子密度范围为 1013 ~ 1014 cm -3。同时，利用 COMSOL Multiphysics构建漂移扩散模型对该条件下等离子体电子密度进行数值计算研究。结果显示：实验测量与数值计算的电子密度值定量吻合较好，且两者随气压变化趋势一致。证实了 THz-TDS应用到等离子体诊断领域中具有可靠性高、稳定性好等优异特性，具有非常广阔的发展潜力。
太赫兹时域光谱技术 等离子体诊断 电子密度 数值计算 Terahertz-Time Domain Spectroscopy plasma diagnostic electron density numerical simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(8): 804
1 北京理工大学 物理学院，北京 100081
2 西安交通大学 电气工程学院，西安 710049
开展了水中铜丝电爆炸引燃铝粉悬浮液的实验研究，将铝粉悬浮液置于有机玻璃管中，同轴心方向穿过200 μm的金属铜丝，经脉冲功率驱动后快速相变发生电爆炸为铝粉爆燃提供反应条件。通过比对不同质量球状铝粉（μm粒径）的悬浮液在相同脉冲电容器储能条件下的放电和冲击波参数，获得了电爆炸驱动铝粉放电特性和冲击波增强效应的规律。实验发现，电爆炸起爆铝粉的冲击波有两个明显的波峰，分别对应于金属丝电爆炸（一次冲击波）和由产物气体胀裂管壁产生的二次冲击波，且铝粉爆燃对二次冲击波的增强效应非常显著，在300 mg铝粉的悬浮液环境中，二次冲击波峰值达到2.77 MPa，是无铝粉添加环境中二次冲击波的2.25倍，冲击波冲量增强了约50%。对不同储能条件下200 mg铝粉的悬浮液环境中金属丝爆的冲击波进行了对比研究，发现随着驱动源储能的增加，电爆炸引发的主冲击波和二次冲击波压力均逐渐增大，600 J时分别达到了3.17和1.91 MPa，冲击波冲量也随储能增加而增加，在600 J储能条件时的冲量为41.12 Pa·s，储能条件约300 J时20.24 Pa·s冲量的2倍。
金属丝电爆炸 冲击波 含能材料 等离子体诊断 脉冲功率技术 underwater electrical wire explosion shock wave energetic materials plasma diagnostics pulsed power technology 强激光与粒子束
2022, 34(7): 075015
同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室, 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
在激光惯性约束聚变(ICF)研究中,涉及X射线时间、空间和能谱信息的等离子体诊断能够为数值模拟提供关键的实验数据支撑,有效推进对ICF关键物理问题的认识。以Kirkpatrick-Baez(KB)结构为代表的多通道掠入射系统是实现高分辨X射线时空成像的重要手段,在ICF诊断研究中有着广泛的应用。主要介绍了高分辨多通道KB成像系统的发展历史,梳理和分析了KB系统研制的瓶颈问题,在此基础上重点展示了国内近年来在基于多层膜光学的多通道KB诊断系统研制方面取得的研究进展。随着精密薄膜器件和掠入射X射线光学集成等关键技术的突破,多通道多层膜KB成像系统已经在我国ICF诊断研究中得到广泛应用,有力保障了国内ICF研究单位相关物理实验的开展。
光学学报
2022, 42(11): 1134007
强激光与粒子束
2021, 33(11): 112001
