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《中国科学技术大学》 2011年
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新型波带板用于激光等离子体X光成像的理论研究

魏来  
【摘要】:本文致力于软X光单级聚焦波带片与软X光单级衍射光栅相关技术研究,具体工作包括两个方面:1.新型二值化Gabor波带片的设计与计算机模拟;2.新型的软X光谱学光子筛衍射模式的模拟和实验表征。 X光微聚焦Fresnel波带片和软X光衍射光谱仪在惯性约束聚变(ICF)研究,激光等离子体诊断过程之中均有非常重要的应用。前者在ICF研究中的靶球背光照相方面以及应用超短超强激光与靶材料相互作用产生的微焦点超短脉冲K.射线源成像领域有潜在的应用,后者在ICF和强场物理研究中的X光光谱诊断方面有广泛的应用。 Fresnel波带片可以看做一种多级聚焦X光透镜,它具有多级衍射的特征。在成像中一般使用一级衍射,然而高级衍射将会迭加在一级像上,使成像质量下降。而软X光衍射光栅同波带片一样,也表现出多级衍射特征,大多数的软X光衍射光谱仪都是使用一级衍射谱,但是高级衍射会迭加在一级衍射谱上,同样给解谱带来误差。 回顾光学标量衍射理论的基础上,提出了X光单级聚焦波带片的一种新的设计思路。新波带片由一系列准随机分布的环带扇形基元构成。在每一个环带内,这些基元在径向呈余弦分布,在纬度方向随机分布,这样的多个环带构成一个二值化Gabor波带片。并用MATLAB编写程序对它的衍射模式进行了模拟。模拟结果表明:这种二值化Gabor波带片能够完全抑制高级衍射,光轴上只存在1级衍射峰。说明它可以有效地消除高级衍射对成像的影响,提高成像质量。最后对它的制作做了可行性论证。 而后对中国工程物理研究院激光聚变中心曹磊峰课题组新设计的优化型软X光谱学光子筛的设计原理和方法进行了阐述,编写了专门的数值模拟程序对其衍射模式进行了计算。在此基础上研究了不同点阵排布,不同形状孔径的衍射模式,讨论了谱学光子筛衍射模式的优点和制作可行性。理论研究和计算机模拟结果表明:利用准随机圆孔阵列和正弦分布正方孔阵列谱学光子筛可以有效地抑制传统X光衍射光栅谱仪中不能回避的高级衍射。 设计、制作了可见光波段的谱学光子筛,开展了这种新型元器件衍射特征的表征实验。实验结果表明:这种光子筛可以有效抑制第三级及更高级的衍射,二级缺级,只存在0级和. 1级衍射。充分说明了设计的正确性,证明了它的衍射模式比传统黑白光栅要优越的多。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O436.1

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【参考文献】
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