[发明专利]激光等离子体参数的测量装置及其测量方法

说明书

本发明涉及一种激光等离子体参数的测量装置及其测量方法，主要适用于激光等离子体辐射输运特性参数的测量。

辐射温度是激光等离子体的重要参数，由辐射温度可推知X射线源中辐射加热的时间特性、X射线转换效率、X射线源腔壁的再发射系数和反射率等重要信息，以致了解X射线源的辐射输运的细致过程。

X射线源的辐射温度的测量主要有两种方法：激波法和光谱法。光谱法是通过测量X射线源腔壁再发射光谱的时间和强度特性，并由测得的光谱分布反推得到X射线源腔壁的真实发射光谱分布，进而用斯特藩-玻耳兹曼定律获得辐射温度；由于光谱法相对于激波法有高得多的时间分辨率(特别是采用软X射线透射光栅作为色散元件时)，这对于研究X射线驱动脉冲的时间形状十分重要，并且还可以提供X射线驱动脉冲的光谱信息。

近年来美国劳伦斯·里弗摩尔国家实验室在诺瓦(Nova)激光装置上进行的辐射温度的光谱法测量是以丹特(Dante)谱仪完成的(参看已有技术[1]：R.L.Kauffman，L.J.Suter，C.B.Darrow et al.，Phys.Rev.Lett.，1994，73：2320-2324，以及L.J.Suter，R.L.Kauffman，C.B.Darrow et al.，Phys.Plasmas，1995，40：2057--2062)。该谱仪选用不同材料及厚度的K-或L-边滤光片来分光，并由光阴极发射型X射线二极管记录时间分辨光谱。将获得的发射光谱反推、还原得到腔靶壁的真实发射光谱，最后由斯特藩-玻耳兹曼定律得到X射线源靶壁的辐射温度。尽管丹特(Dante)谱仪及其光谱回推技术已较成熟地用于辐射温度的测量，但其最主要的缺点是每个能道滤片仍有很宽的X射线响应范围，不能有效地分光测量结果和精度差。

在德国马克斯韦-普朗克量子电子所和日本大阪大学激光工程所的联合辐射加热实验中(参看已有技术[2]：K.Eidmann，I.B.Foldes et al.，Phys.Rev.A52 1995，：6703-6716，以及H.Nishirmura，Y.Kato，H.Takabe et al.，Phys.Rev.A44，1991，8328-8333)，对球形腔靶X射线源的辐射温度测量是以1000g/mm针孔透射光栅光谱仪结合柯达(Kodak)101-01或101-07软X光胶片、采用与上述相似的光谱还原步骤完成的。从测量装置上讲，该已有技术(2)的缺点是：第一，用作色散元件为1000g/mm针孔透射光栅结构，它的栅线密度较低，致使光谱仪的光谱分辨较低(通常为0.2-0.4nm)；第二，用作成象元件的光栅针孔的尺度较小、光谱仪的收集效率和衍射效率较低，使接收面上的X光强度也较低，所以往往需要很多发次的打靶激发X射线源，以在接收面上积累足够的X光能量；第三，软X光胶片的显影、定影的时间差异会造成测量数据误差。从测量方法上讲，该已有技术所采用的光谱还原法过于简单，没有考虑软X射线发射谱的部分相干的特性；而且，光谱还原过程中所使用的光栅一级衍射效率是在电镜检查光栅结构参数后、采用理论公式拟合给出的，并不是在相似测量条件下经实际标定得出的结果。所以衍射效率的理论数据与真实情况有较大的差距，对光谱还原的精度和最终得到的辐射温度的精度有较大的影响。

为提高光谱还原法的准确性，应当事先对上述已有技术中的透射光栅和探测元件的单色响应灵敏度进行实际标定。目前，软X射线色散元件和探测元件的光谱响应灵敏度标定工作大都是在以同步辐射装置上的X光作为泵浦光源、加上分光元件(如多膜层反射镜等)构成同步辐射X光单色仪上进行的(参见已有技术：[4].杨家敏，易荣清，马洪良等，光学学报，1996，16：1631—1635)。同步辐射X光单色仪由于受到同步辐射装置的体积庞大和昂贵的运行费用所限，该单色仪仅适用于有同步辐射装置的少数国家的个别经费充足的实验室，而不能广泛应用。