新型針孔點(diǎn)背光發(fā)光模型與實(shí)驗(yàn)研究*

晏驥 韋敏習(xí) 蒲昱東 劉慎業(yè) 詹夏雨 林稚偉 鄭建華 江少恩

(中國(guó)工程物理研究院激光聚變研究中心，綿陽(yáng) 621900)

(2011年12月28日收到;2012年6月4日收到修改稿)

1 引言

在當(dāng)前的高能量密度物理和慣性約束聚變研究中，由于受到驅(qū)動(dòng)器強(qiáng)度等原因的限制，利用樣品材料自發(fā)光的被動(dòng)成像方式很難獲取可靠的物理圖像;另一方面納秒級(jí)強(qiáng)激光(功率密度～1014W/cm2)與固體靶相互作用可以獲得高亮度的Multi-keV能段X射線(xiàn)，將這樣的X射線(xiàn)作為背光源對(duì)樣品成像能夠得到高質(zhì)量的物理圖像.目前X射線(xiàn)背光技術(shù)具備亮度高、光源能點(diǎn)可控等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于內(nèi)爆物理、流體力學(xué)不穩(wěn)定性、不透明度等高能量密度物理與慣性約束聚變的重要課題研究中[1-3].

早期的背光成像技術(shù)主要采用點(diǎn)背光成像與面背光成像的方式，這樣的成像方式存在著能量利用效率低、背光均勻性差、成像視場(chǎng)受限等缺陷.在當(dāng)前快速發(fā)展的慣性約束聚變研究中已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足診斷的需求，迫切需要發(fā)展新型的背光成像技術(shù).國(guó)外研究人員從20世紀(jì)80年代開(kāi)展高溫激光等離子體發(fā)射Multi-keV能段X光源的相關(guān)研究[4,5]，并于2001年開(kāi)始在OMEGA激光裝置上著手進(jìn)行針孔點(diǎn)背光成像技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，直到2008年較為全面地掌握了該項(xiàng)技術(shù)，為精密化的物理研究提供了支持[6-8];國(guó)內(nèi)從2005年開(kāi)展高溫激光等離子體發(fā)射Multi-keV能段X光源的相關(guān)研究，并于2008年在神光II激光裝置上進(jìn)行了初步的針孔點(diǎn)背光成像技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.但是由于慣性約束聚變研究的物理需求以及驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)條件的限制，進(jìn)一步的研究不能重復(fù)國(guó)外相關(guān)的工作，需要開(kāi)展新型針孔點(diǎn)背光源的研究.

本文以模擬計(jì)算與早期神光II激光裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合的方式研究了激光等離子體發(fā)光模型.在該模型的基礎(chǔ)上改進(jìn)了傳統(tǒng)的針孔點(diǎn)背光成像方式，獨(dú)立發(fā)展了針對(duì)低Z靶材料K線(xiàn)的準(zhǔn)單能背向針孔點(diǎn)背光和針對(duì)中Z靶材料L帶的高亮度側(cè)向針孔點(diǎn)背光.在神光II激光裝置上通過(guò)新型針孔點(diǎn)背光對(duì)慣性約束聚變靶丸樣品成像獲得的高質(zhì)量的靜態(tài)靶丸流線(xiàn)圖像，空間分辨優(yōu)于10μm.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型的針孔點(diǎn)背光具備高亮度、高空間分辨、高圖像襯度等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于高能量密度物理和慣性約束聚變的研究中.

2 激光驅(qū)動(dòng)平面背光靶發(fā)光模型

強(qiáng)激光與靶物質(zhì)相互作用過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生高溫靶物質(zhì)等離子體，該等離子體在自身溫度達(dá)到幾千萬(wàn)攝氏度時(shí)將會(huì)發(fā)出X射線(xiàn).顯然功率密度越高的激光作用于靶物質(zhì)將會(huì)產(chǎn)生溫度越高的等離子體從而激發(fā)出更高能的X射線(xiàn).當(dāng)前納秒級(jí)強(qiáng)激光(功率密度～1014W/cm2)與固體靶物質(zhì)相互作用產(chǎn)生X射線(xiàn)的能段在Multi-keV范圍.這個(gè)能段區(qū)間內(nèi)常用的靶材料及其特征譜線(xiàn)主要有Mo(～2.5 keV)，Ag(～3.2 keV)，Ti(～4.75 keV)，F(xiàn)e(～6.7 keV).其中中Z元素Mo，Ag主要是發(fā)射L殼層特征譜線(xiàn)，由于L帶光源具有能譜范圍寬的特點(diǎn)所以其光源亮度較高;另一方面低Z元素Ti，F(xiàn)e主要是發(fā)射K殼層特征譜線(xiàn)，由于K線(xiàn)光源具有譜線(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)所以其光源單色性較好.為了能更好地理解激光作用于平面背光靶發(fā)光的過(guò)程，本文選擇了Mo和Ti作為對(duì)象，針對(duì)這兩類(lèi)特點(diǎn)不同的靶材料進(jìn)行了細(xì)致的研究.本節(jié)主要內(nèi)容包括：首先基于數(shù)值模擬工作研究了激光與平面靶物質(zhì)相互作用過(guò)程;其次結(jié)合早期神光II激光裝置相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到了激光驅(qū)動(dòng)平面背光靶發(fā)光模型.

圖1是利用一維流體力學(xué)程序模擬的激光與平面靶相互作用產(chǎn)生的等離子體溫度分布示意圖，其中固定驅(qū)動(dòng)激光功率密度為1×1014W/cm2，脈寬為1 ns，波長(zhǎng)為351 nm;靶材料選擇厚度為10μm的Ti和5μm的Mo.圖1表明Ti在當(dāng)前激光條件下可以產(chǎn)生1600 eV的高溫等離子體，而Mo只能產(chǎn)生300 eV的高溫等離子體;且從等離子體輻射面積來(lái)看，Ti等離子體的分布要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Mo.這主要是Ti的原子序數(shù)較低，在相同的激光驅(qū)動(dòng)條件下更容易產(chǎn)生溫度更高的等離子體，同時(shí)溫度越高的等離子體越容易使得Ti達(dá)到高離化態(tài)，從而發(fā)射K殼層的X射線(xiàn);相應(yīng)地，原子序數(shù)較高的Mo則只能產(chǎn)生L帶的X射線(xiàn).另一方面，由于輻射出的等離子體只分布于靶前(即激光注入面)，說(shuō)明了當(dāng)前的激光條件下并不能完全燒蝕厚度在幾個(gè)微米的平面靶.進(jìn)一步的數(shù)值模擬結(jié)果表明Ti靶只有約2μm(Mo靶約1μm)厚度被燒穿，達(dá)到高溫狀態(tài)，剩下的大部分靶材料均處于冷狀態(tài).早期的神光II裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在與數(shù)值模擬相似的激光條件下(功率密度為2×1014W/cm2，脈寬為1 ns，焦斑400μm)，Ti背光靶厚度小于2μm則會(huì)被燒穿，而厚度達(dá)到2.8μm則可以保證背光靶不被燒穿.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相近，表明了數(shù)值模擬結(jié)果具備可靠性(激光燒蝕在數(shù)值模擬中比實(shí)驗(yàn)中稍快，這是因?yàn)橐痪S程序沒(méi)有考慮二維擴(kuò)散等因素所導(dǎo)致的).

圖1 一維流體力學(xué)程序數(shù)值模擬激光與平面靶相互作用等離子體溫度分布 (a)10μm Ti靶等離子體溫度分布;(b)5μm Mo靶等離子體溫度分布;其中橫坐標(biāo)表示時(shí)間(單位：s)，縱坐標(biāo)表示空間位置(單位：cm)，等高線(xiàn)表示等離子體溫度(單位：eV)，粗黑線(xiàn)表示平面靶初始位置(縱坐標(biāo)為0)

通過(guò)一維流體力學(xué)程序數(shù)值模擬結(jié)果可以得到激光驅(qū)動(dòng)平面背光靶發(fā)光模型，如圖2所示.強(qiáng)激光與靶物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的等離子體主要分布于靶前(即激光作用面，當(dāng)然若激光足夠強(qiáng)或者靶足夠薄在靶后也將出現(xiàn)等離子體.但是這樣會(huì)大大降低激光的能量利用效率，反而減少了X射線(xiàn)的發(fā)射)，通過(guò)高溫等離子體發(fā)出X射線(xiàn)，其發(fā)光具有近似各向同性的分布.但是靶后方向的X光由于受到靶燒蝕剩余部分的自吸收影響強(qiáng)度將會(huì)降低，對(duì)于低Z靶材料K線(xiàn)X光其靶自吸收較弱，靶后X射線(xiàn)強(qiáng)度不會(huì)相差太多;對(duì)于中Z靶材料L帶X光其靶自吸收較強(qiáng)，靶后X射線(xiàn)強(qiáng)度將大大降低.這樣的模型在早期神光II激光裝置相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究中得到了證實(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明對(duì)厚度6μm的Ti平面靶，靶前180°范圍內(nèi)大于4 keV的X射線(xiàn)強(qiáng)度幾乎相同，而靶后的X射線(xiàn)強(qiáng)度則衰減了一倍;對(duì)厚度2μm的Mo平面靶，靶前180°范圍內(nèi)大于2 keV的X射線(xiàn)強(qiáng)度幾乎相同，而靶后的X射線(xiàn)強(qiáng)度則衰減了一個(gè)量級(jí)[9,10].

圖2 激光等離子體發(fā)光模型

3 新型針孔點(diǎn)背光設(shè)計(jì)

3.1 傳統(tǒng)針孔點(diǎn)背光特點(diǎn)分析

點(diǎn)背光與面背光成像技術(shù)存在著激光能量利用效率低，背光均勻性差，成像視場(chǎng)小等致命的缺陷;而針孔點(diǎn)背光在面背光的基礎(chǔ)上將成像用的10μm針孔放置于背光靶與成像樣品之間，形成了次級(jí)點(diǎn)光源對(duì)樣品投影成像(幾種背光成像技術(shù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3).從圖3(c)針孔點(diǎn)背光排布圖可以看到該背光源具有背光均勻性好，成像視場(chǎng)隨意設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)，突破了面背光成像的瓶頸;另一方面，針孔點(diǎn)背光也帶來(lái)了不利的因素：首先為了不影響激光的注入，針孔板尺寸受到限制使得噪聲的影響大大增加(針孔板并非足夠大不能完全阻擋發(fā)光等離子體噴射);其次由于記錄設(shè)備與靶點(diǎn)之間沒(méi)有任何的防護(hù)措施，燒蝕碎片對(duì)記錄設(shè)備的破壞效果將加大.為此需要在傳統(tǒng)的針孔點(diǎn)背光基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn).

3.2 新型針孔點(diǎn)背光設(shè)計(jì)

通過(guò)圖3(c)與3.1節(jié)的分析可以看到，為了減少針孔點(diǎn)背光成像中發(fā)光等離子體產(chǎn)生的噪聲，需要屏蔽用針孔板足夠大，所以在新型針孔點(diǎn)背光設(shè)計(jì)中注入激光方向與樣品-探測(cè)器連線(xiàn)方向不能處于同一平面內(nèi);另一方面，通過(guò)圖2與第2節(jié)的分析可以看到，激光驅(qū)動(dòng)平面靶后未被燒蝕的靶的自吸收效果對(duì)于K線(xiàn)靶材料影響較弱，對(duì)于L帶靶材料影響較強(qiáng).本文根據(jù)以上兩點(diǎn)設(shè)計(jì)了新型的針孔點(diǎn)背光，如圖4所示.

圖3 三種背光排布 (a)點(diǎn)背光成像;(b)面背光成像;(c)針孔點(diǎn)背光成像

圖4 新型針孔點(diǎn)背光排布 (a)背向針孔點(diǎn)背光;(b)側(cè)向針孔點(diǎn)背光

圖4(a)為背向針孔點(diǎn)背光排布圖，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是從靶后收光，可以將針孔板尺寸放大至能夠完全屏蔽靶前高溫等離子體，僅允許從靶后的針孔處收光，從而形成了性能良好的次級(jí)點(diǎn)光源.在這里應(yīng)當(dāng)看到背向點(diǎn)背光的光源強(qiáng)度會(huì)受到靶自吸收的影響，所以背向針孔點(diǎn)背光僅適用于低Z靶材料K線(xiàn)光源(例如Ti，F(xiàn)e等).圖4(b)為側(cè)向針孔點(diǎn)背光排布圖，該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是從靶側(cè)面收光.利用高溫等離子體發(fā)出Multi-keV能段X射線(xiàn)最強(qiáng)區(qū)域在激光等離子體冕區(qū)附近的特點(diǎn)，將針孔板與背光靶垂直放置，針孔距離背光靶高度約為200μm(文獻(xiàn)[10］結(jié)果表明當(dāng)前激光條件下高溫等離子體冕區(qū)距離靶面約200μm).在這里應(yīng)當(dāng)看到側(cè)向點(diǎn)背光回避了靶自吸收的問(wèn)題，所以側(cè)向針孔點(diǎn)背光適用于中Z靶材料L帶光源(例如Mo，Ag等).

通過(guò)對(duì)圖4的分析可以看到，側(cè)向針孔點(diǎn)背光在物理設(shè)計(jì)上能夠回避靶自吸收的問(wèn)題，光源亮度優(yōu)于背向針孔點(diǎn)背光;但是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中側(cè)向針孔點(diǎn)背光相對(duì)于背向針孔點(diǎn)背光存在著對(duì)靶裝配精度要求高、激光裝置瞄準(zhǔn)精度要求高等缺點(diǎn).總之，兩種新型的針孔點(diǎn)背光設(shè)計(jì)存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的物理需求來(lái)選擇.

圖5 新型針孔點(diǎn)背光實(shí)驗(yàn)排布

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

新型針孔點(diǎn)背光相關(guān)實(shí)驗(yàn)基于神光II激光裝置開(kāi)展，激光條件為神光II第九路裝置1000 J/1 ns/351 nm，其實(shí)驗(yàn)排布如圖5所示.晶體譜儀記錄靶后針孔處光源的能譜信息;針孔相機(jī)記錄靶前激光等離子體發(fā)光狀態(tài);X光膠片和條紋相機(jī)記錄成像的信息.背光靶設(shè)計(jì)參數(shù)如圖6所示.背光靶選擇3μm Ti和2μm Mo(相關(guān)文獻(xiàn)表明薄背光靶能獲得更高的激光轉(zhuǎn)換效率，從而提高光源亮度);針孔大小10μm;為了能夠回避燒蝕碎片的影響，將針孔板傾斜靶架15°放置(圖中未畫(huà)出)，預(yù)計(jì)成像系統(tǒng)空間分辨優(yōu)于10μm;針孔板前貼一層厚度10μm的碳?xì)洳牧嫌糜陬A(yù)防等離子體堵孔現(xiàn)象;采用尺寸為8 mm×8 mm的高Z鉭片作為屏蔽片，阻止高溫等離子體噴射，降低圖像噪聲(實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，尺寸為5 mm×5 mm的屏蔽片并不能起到完全屏蔽噪聲的效果).

圖6 新型針孔點(diǎn)背光設(shè)計(jì)圖 (a)背向針孔點(diǎn)背光;(b)側(cè)向針孔點(diǎn)背光

4.1 背光源能譜分析

能譜信息是X射線(xiàn)背光源重要的參數(shù)之一.為此安裝晶體譜儀用于監(jiān)測(cè)靶后針孔處的能譜信息，圖7為T(mén)i背光靶材料獲得的晶體譜儀信號(hào).從圖7(a)可以看到較為明顯的Ti發(fā)射譜信息，譜分辨良好;圖7(b)是解譜之后的分析圖，利用譜線(xiàn)強(qiáng)度之比的方法可以粗略分析出激光條件下Ti等離子體溫度約為1000 eV，與模擬結(jié)果(圖1)相近[11,12].通過(guò)晶體譜儀的分析可以看到確實(shí)存在高亮度的Ti類(lèi)Heα線(xiàn)(～4.75 keV)從背光靶靶后發(fā)射出來(lái)，并通過(guò)針孔約束形成了高空間分辨的點(diǎn)光源.在這里由于Mo的L帶譜線(xiàn)信息較為復(fù)雜，所以省略.

4.2 背光源亮度分析

亮度是X射線(xiàn)背光源重要的參數(shù).一般而言提高光源亮度的方法是提高激光轉(zhuǎn)換效率[13,14]，該問(wèn)題過(guò)于復(fù)雜，在這里不詳細(xì)討論，本節(jié)重點(diǎn)關(guān)注在針孔點(diǎn)背光條件下激光注入方式對(duì)于光源亮度的影響.圖8為針孔相機(jī)測(cè)量到神光II第九路激光與Ti背光靶作用產(chǎn)生的光斑強(qiáng)度分布圖像，分別采用了蠅眼束勻滑(激光焦斑約φ450μm)和聚焦(激光焦斑約φ130μm)兩種不同方式.可以看到由于聚焦注入的方式提高了激光功率密度從而背光源亮度提高了約3倍，同時(shí)對(duì)于針孔點(diǎn)背光而言，真正起作用的僅僅是激光焦斑中心幾十微米區(qū)域的光源，所以在針孔點(diǎn)背光技術(shù)中采用聚焦的激光注入方式能獲得亮度更高的光源.

圖7 晶體譜儀測(cè)量Ti背光靶靶后針孔處譜線(xiàn)信息 (a)晶體譜儀結(jié)果;(b)譜線(xiàn)分析圖

圖8 不同激光注入條件下背光源亮度變化

4.3 新舊針孔點(diǎn)背光結(jié)果對(duì)比

噪聲屏蔽是成像實(shí)驗(yàn)中最關(guān)鍵的問(wèn)題.新型針孔點(diǎn)背光(圖4)與傳統(tǒng)的針孔點(diǎn)背光(圖3(c))相比，最大的改進(jìn)就在于噪聲的屏蔽.在神光II激光裝置上利用第九路激光進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比實(shí)驗(yàn).同一發(fā)次中對(duì)相同的網(wǎng)格樣品(網(wǎng)格周期500μm，線(xiàn)寬200μm)分別通過(guò)傳統(tǒng)針孔點(diǎn)背光和新型針孔點(diǎn)背光成像，結(jié)果如圖9所示.傳統(tǒng)的針孔點(diǎn)背光只能得到模糊的網(wǎng)格圖像(圖9(a))，而新型的針孔點(diǎn)背光則能獲得清晰的網(wǎng)格圖像(圖9(b)，同時(shí)圖9(a)中網(wǎng)格的輪廓是清晰的，說(shuō)明其成像系統(tǒng)的空間分辨足夠好，但是因?yàn)樵肼曁珡?qiáng)的緣故導(dǎo)致成像模糊.對(duì)比性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明新型針孔點(diǎn)背光在噪聲屏蔽上具有明顯的改進(jìn).

圖9 激光1000 J/1 ns/351 nm驅(qū)動(dòng)條件下新舊針孔點(diǎn)背光成像結(jié)果 (a)傳統(tǒng)針孔點(diǎn)背光;(b)新型針孔點(diǎn)背光：樣品為周期500μm，線(xiàn)寬200μm的網(wǎng)格

4.4 成像系統(tǒng)空間分辨考核

空間分辨能力是成像系統(tǒng)好壞的重要參數(shù).實(shí)驗(yàn)中采用多周期網(wǎng)格樣品對(duì)新型針孔點(diǎn)背光成像空間分辨能力進(jìn)行了研究.網(wǎng)格樣品分為四個(gè)部分，其網(wǎng)格周期由大到小依次為 50，30，20，15 μm;線(xiàn)寬為周期的一半.成像系統(tǒng)中放大倍數(shù)為10倍，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示.由圖10(a)可以清晰地看到四個(gè)周期不同的網(wǎng)格圖像;由圖10(b)可以看到各個(gè)周期網(wǎng)格的強(qiáng)度分布圖.通過(guò)各個(gè)周期網(wǎng)格強(qiáng)度分布圖做出其調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)函數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖11.采用一般判據(jù)認(rèn)為MTF函數(shù)值為0.05時(shí)，即為其成像系統(tǒng)的空間分辨率;從圖11可以看到，對(duì)于各個(gè)周期處理結(jié)果其空間分辨率分別為7μm(周期 50 μm)，7 μm(周期 30 μm)，8 μm(周期 20 μm)，12μm(周期15μm).其中15μm周期的網(wǎng)格空間分辨率較差，主要是因?yàn)槠渲芷谔。瑢?dǎo)致原始數(shù)據(jù)像素點(diǎn)太少，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中產(chǎn)生的誤差較大，所以綜合認(rèn)為其成像系統(tǒng)空間分辨率優(yōu)于10μm.

另一方面，成像系統(tǒng)的空間分辨能力主要由光源焦斑決定，其空間分辨極限不會(huì)優(yōu)于焦斑大小;但是實(shí)驗(yàn)中10μm孔徑的針孔可以獲得空間分辨優(yōu)于10μm的圖像，可能的原因主要包括幾個(gè)方面：首先是針孔板傾斜15°放置從而使得實(shí)際的光源尺寸變小;其次是針孔加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差.

圖10 空間分辨能力研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果 (a)多周期網(wǎng)格圖像(網(wǎng)格周期由大到小分別為50，30，20，15μm);(b)各周期網(wǎng)格強(qiáng)度分布圖

圖11 多周期網(wǎng)格MTF函數(shù)圖(網(wǎng)格周期分別為50μm(黑色)，30 μm(紅色)，20 μm(藍(lán)色)，15 μm(綠色))

圖12 靜態(tài)靶丸流線(xiàn)測(cè)量圖 (a)靜態(tài)靶丸流線(xiàn);(b)靜態(tài)靶丸流線(xiàn)強(qiáng)度分布圖

4.5 條紋掃描靜態(tài)流線(xiàn)

靶丸是存儲(chǔ)氘氚燃料的小球，其主要結(jié)構(gòu)為氘氚氣體以及碳?xì)涞鹊蚙材料組成的球殼.在慣性約束聚變研究中，通過(guò)測(cè)量靶丸球殼在內(nèi)爆壓縮過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡(即流線(xiàn))可以獲得燃料面密度、內(nèi)爆速度、剩余質(zhì)量等物理量，具有非常重要的意義.以往的實(shí)驗(yàn)研究中通過(guò)面背光成像方式獲得的流線(xiàn)數(shù)據(jù)存在著背光均勻性等問(wèn)題，很難獲得高精度的物理量.本實(shí)驗(yàn)通過(guò)神光II第九路激光裝置以及新型針孔點(diǎn)背光技術(shù)，獲取高質(zhì)量的點(diǎn)背光源對(duì)靜態(tài)靶丸樣品成像，通過(guò)條紋相機(jī)動(dòng)態(tài)記錄，獲得靜態(tài)流線(xiàn)圖像.其中，靶丸樣品直徑為330μm，球殼厚度為25μm.考慮到靶丸球殼為低Z材料，對(duì)于能點(diǎn)較高的X射線(xiàn)(＞4 keV)吸收弱，很難獲得高對(duì)比度的圖像，選擇了以Mo材料(～2.5 keV)作為背光靶，并利用側(cè)向針孔點(diǎn)背光技術(shù)(圖6(b))解決Mo的靶自吸收問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示，得到了高質(zhì)量的靶丸球殼圖像，并在驅(qū)動(dòng)激光注入完成之后(1 ns后)并沒(méi)有出現(xiàn)等離子體堵孔的效應(yīng).特別地，圖中出現(xiàn)了兩條不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的暗條紋.通過(guò)多發(fā)次實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，確認(rèn)是條紋相機(jī)自身陰極缺陷所造成的;同時(shí)在時(shí)間方向上存在著強(qiáng)度分布不均勻的現(xiàn)象，是由于條紋相機(jī)掃速不均勻造成的.

5 結(jié)論

本文將數(shù)值模擬與神光II實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，針對(duì)面背光成像和傳統(tǒng)的針孔點(diǎn)背光成像技術(shù)的缺點(diǎn)，發(fā)展了低Z靶材料K線(xiàn)的準(zhǔn)單能背向針孔點(diǎn)背光和中Z靶材料L帶的高亮度側(cè)向針孔點(diǎn)背光.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型的針孔點(diǎn)背光技術(shù)在光源亮度、背光均勻性、噪聲屏蔽、空間分辨能力等重要參數(shù)上均優(yōu)于傳統(tǒng)的背光成像技術(shù)，能夠廣泛地應(yīng)用于高能量密度物理和慣性約束聚變研究.

[1］Zhang J Y，Yang J M，Xu Y，Yang G H，Yan J，Meng G W，Ding Y N，Wang Y 2008Acta Phys.Sin.57 985(in Chinese)[張繼彥，楊家敏，許琰，楊國(guó)洪，顏君，孟廣為，丁耀南，汪艷2008物理學(xué)報(bào)57 985］

[2］Kirkwood R K，Milovich J，Bradley D K，Schmitt M，Goldman S R，Kalantar D H，Meeker D，Jones O S，Pollaine S M，Amendt P A，Dewald E，Edwards J，Landen O L，Nikroo A 2009Phys.Plasmas16 012702

[3］Landen O L，Boehly T R，Bradley D K，Braun D G，Callahan D A，Celliers P M，Collins G W，Dewald E L，Divol L，Glenzer S H，Hamza A，Hicks D G，Hoffman N，Izumi N，Jones O S，Kirkwood R K，Kyrala G A，Michel P，Milovich J，Munro D H，Nikroo A，Olson R E，Robey H F，Spears B K，Thomas C A，Weber S V，Wilson D C，Marinak M M，Suter L J，Hammel B A，Meyerhofer D D，Atherton J，Edwards J，Haan S W，Lindl J D，MacGowan B J，Moses E I 2010Phys.Plasmas17 056301

[4］Matthews D L，Campbell E M，Ceglio N M，Hermes G，Kauffman R，Koppel L，Lee R，Manes K，Rupert V，Slivinsky W，Turner R，Ze F 1983J.Appl.Phys.54 4260

[5］Kodama R，Mochizuki T，Tanaka K A，Yamanaka C 1983Appl.Phys.Lett.50 720

[6］Bullock A B，Landen O L，Bradley D K 2001Rev.Sci.Instrum.72 690

[7］Blue B E，Hansen J F，Tobin M T，Eder D C，Robey H F 2004Rev.Sci.Instrum.75 4775

[8］Kuranz C C，Blue B E，Drake R P，Robey H F，Hansen J F，Knauer J P，Grosskopf M J，Krauland C，Marion D C 2006Rev.Sci.Instrum.77 10E327

[9］Hu G Y，Zhang J Y，Zheng J，Shen B F，Liu S Y，Yang J M，Ding Y K，Hu X，Huang Y X，Du H B，Yi R Q，Lei A L，Xu Z Z 2008Laser and Particle Beams26 661

[10］Hu G Y，Zheng J，Shen B F，Lei A L，Liu S Y，Zhang J Y，Yang J M，Ding Y K，Hu X，Huang Y X，Du H B，Yi R Q，Xu Z Z 2008Phys.Plasmas15 023103

[11］Pu Y D，Zhang J Y，Yang J M，Huang T X，Ding Y K 2011Chin.Phys.B 20 015202

[12］Pu Y D，Chen B L，Zhang L，Yang J M，Huang T X，Ding Y K 2011Chin.Phys.B 20 095203

[13］Babonneau D，Primout M，Girard F，Jadaud J P，Naudy M，Villette B，Depierreux S，Blancard C，F(xiàn)aussurier G，F(xiàn)ournier K B，Suter L，Kauffman R，Glenzer S，Mille M C，Gr¨un J，Davis J 2008Phys.Plasmas15 092702

[14］Girard F，Primout M，Villette B，Stemmler P，Jacquet L，Babonnea D，F(xiàn)ournier K B 2009Phys.Plasmas16 052704