2-9 激光等离子体时、空、能三维分辨测试系统

成金秀 郑志坚 温天舒 杨存榜 曹磊峰

　　采用全新诊断技术将4针孔透射光栅阵列和X射线皮秒分幅相机组合，用2033´2044高分辨可见光CCD读出，构成了同时诊断等离子体时间、空间、能谱三维分辨的组合型诊断装置，实现了激光等离子体时间、空间、能谱三维联合测量。系统结构见图1。针孔直径f 46mm，光栅线密度1030l/mm，线空比约1:1，Au线厚度0.5mm，光栅为无支撑Au光栅。为提高针孔直径和光栅阵列一致性，减少测量误差，针孔阵列用光刻法加工，4针孔直径非一致性小于±2％。MCP分幅相机以高压电脉冲为快门，面板上平行排布的4条Au微带为MCP电极。

　　选通脉冲发生器发射4个快速高电压脉冲，经4条不同长度的电缆延迟后，分别选通4条微带，实现时空分辨测量。将透射光栅的空间分辨方向投影到微带宽度上，光栅色散方向投影到微带长度方向，当选通脉冲加到微带上并沿微带传输，可获不同时刻X光辐射光谱时空分布。系统时间分辨≤60ps，光谱分辨0.3nm，空间分辨68mm，测量光谱范围0.3～16nm，时间范围 5ns。在星光Ⅱ激光装置上用该系统获得了平面靶和双盘靶初级、次级辐射光谱时空分布，典型结果见图2。从图中得到了双盘靶初级和次级辐射光谱时空分布，观测到X光辐射弛豫过程，并得到N带、O带和零级光谱强度随时间和空间的变化特征以及等离子体喷射二维空间分布和等离子体膨胀速度等物理结果。

　　将针孔透射光栅阵列与MCP选通X射线皮秒分幅相机组合，其结构紧凑，调整方便，获取数据方便，避免了用反射镜加滤片与分幅相机组合中复杂的相机准直工作。系统将无支撑透射光栅做在多针孔板上，可减少底衬对X光透射的影响，利于数据处理。利用透射光栅衍射对零级的对称性，在4条微带上可获得8组不同时间的X光辐射光谱空间分布，增大数据的获取量。实验已经证实，用该系统可同时获取X光辐射时间、空间、能谱相互关联的三维信息，为研究等离子体温度时空变化及其演变规律提供了一种全新的诊断方法。