專利名稱：一種多通道正入射極紫外成像物鏡及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及極紫外成像領(lǐng)域，尤其是涉及一種多通道正入射極紫外成像物鏡及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
高功率Z-pinch裝置可產(chǎn)生強X射線脈沖，在材料和器件的輻照特性、可控聚變和納米光刻技術(shù)等研究方面有重要的應(yīng)用前景。Z-pinch內(nèi)爆動力學(xué)過程受不穩(wěn)定性及其增長率的影響，通過實驗研究內(nèi)爆等離子體及其輻射的時間和空間分布特性具有尤為重要的意義。根據(jù)時空分布特性診斷數(shù)據(jù)可以改進(jìn)實驗設(shè)計，控制不穩(wěn)定性，提高X光輻射能量和功率。目前，采用的主要空間分辨成像設(shè)備為針孔結(jié)合軟X射線相機，時空成像設(shè)備為針孔陣列結(jié)合分幅相機，這兩種模式的成像如圖1和圖2所示，圖1中，Z-pinch的靶(I)經(jīng)過直徑約幾十微米的針孔(2)后在像面上形成圖像(3)，利用軟X射線積分CCD相機將所成的像記錄下來；圖2中，Z-pinch靶(I)經(jīng)過由多個針孔組成的針孔陣列(4)后在像面位置形成圖像(3)，每個針孔(2)對靶(I)成一幅圖像(3)，這樣在像面處得到的多幅圖像由具有時間分辨能力的分幅相機記錄，所成的每幅圖像對應(yīng)一個時間，這樣就實現(xiàn)了對Z-pinch裝置靶物理過程的時空分辨成像，空間分辨率約幾百微米，時間分辨可以達(dá)到皮秒量級。上述成像方式在Z-pinch裝置診斷成像方面的應(yīng)用國內(nèi)外已有報道。例如,Sandia在Saturn裝置上配置了兩套時間分辨的軟X射線針孔相機，一套為小模式針孔相機(SFPHC)，用25 μ m的鈹窗過濾，對能量在IkeV以上的光子響應(yīng)；另一套為大模式針孔相機(L FPHC)，能量響應(yīng)范圍在200 300eV和IkeV以上，用5.6 μ m的Kimfol膜過濾；英國在MAGPIE裝置上也配備了時間分辨的針孔相機，相機采用針孔陣列作為成像元件，采用分幅相機作為記錄器，整套成像系統(tǒng)的空間分辨率為0.3 1mm。我國自2000年全面開展Z-pinch研究工作以來，先后在流體物理研究所陽加速器、西北核技術(shù)研究所強光一號、俄羅斯庫爾恰托夫研究所S2300和俄羅斯新能源所Angara2521裝置上進(jìn)行了多輪Z-pinch實驗。采用多通道針孔相機與分幅相機相·結(jié)合對等離子體源的空間和時間狀態(tài)進(jìn)行診斷成像，得到空間分辨率約幾百微米，時間分辨率為皮秒量級的多幅圖像。針孔相機結(jié)構(gòu)簡單，裝調(diào)方便，已經(jīng)成為Z-pinch裝置上主要的診斷設(shè)備。但是，由于針孔的有效孔徑僅幾十微米，所以受衍射極限的影響，其空間分辨率較低(約幾百微米)，無法實現(xiàn)更高分辨率的成像，并且針孔相機的集光立體角很小(集光立體角由圖1和2中的Θ決定，約I(T9Sr)，這影響了分幅相機的微通道板接收到的光通量。目前，國內(nèi)正在開展Z-pinch源等離子體診斷方面的研究，需要對其極紫外波段的輻射進(jìn)行時空分辨的成像診斷，實驗需要診斷系統(tǒng)在約5mm視場內(nèi)的空間分辨率小于20 μ m，集光立體角約l(T4sr。根據(jù)前面所述，針孔相機在空間分辨率、集光立體角等方面均無法到達(dá)診斷的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有診斷成像技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以實現(xiàn)高亮度、高分辨率的時空分辨成像本領(lǐng)的多通道正入射極紫外成像物鏡及其應(yīng)用。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種多通道正入射極紫外成像物鏡，物鏡包括一塊副鏡和多塊主鏡，所述的主鏡均設(shè)在一個圓周上，所述的副鏡位于該圓周的軸線上，每一塊主鏡分別和副鏡共同組成一個通道，每個通道對同一個物體形成一幅圖像；物體發(fā)出的光經(jīng)主鏡反射后照射到副鏡上，再經(jīng)過副鏡反射后形成與主鏡塊數(shù)相同的多幅圖像。所述的多塊主鏡相對于主鏡所處的圓周的軸線對稱分布。

所述的主鏡的個數(shù)為4個或8個。一種多通道正入射極紫外成像物鏡的應(yīng)用，該物鏡與分幅相機配合使用，用于對Z-pinch光源的等離子體狀態(tài)進(jìn)行時空分辨診斷成像，在使用過程中，分幅相機作為物鏡所成的多幅圖像的探測器，分幅相機使同一個物體經(jīng)過多通道物鏡所成的多幅圖像分別對應(yīng)一個時間，從而實現(xiàn)時間分辨的能力。所述的分幅相機是二維探測器，可以記錄二維的圖像。所述的分幅相機由皮秒高壓脈沖發(fā)生器、金微帶、微帶線MCP、熒光屏、光纖錐和可見光CXD組成，以高壓脈沖發(fā)生器發(fā)出的高壓選通脈沖為MCP快門，MCP面板上排布多條金微帶作為MCP電極，同時又作為選通光陰極。高壓脈沖發(fā)生器發(fā)出一個快速高壓選通脈沖，以半光速沿微帶方向傳輸，從而產(chǎn)生增益，并有效地啟動微帶上的特定區(qū)域。選通脈沖通過之后，則該區(qū)域?qū)⒉粫俚玫皆鲆妫刺幱陉P(guān)閉狀態(tài)。在應(yīng)用過程中，由于本發(fā)明的多通道物鏡能夠?qū)ν粋€物(靶)成多幅圖像，并且每個圖像的位置不同，所以物鏡對診斷靶所成的多幅圖像位于微帶陰極的不同位置，選通脈沖經(jīng)過這些位置時這些像被光電陰極轉(zhuǎn)換成光電子并被MCP倍增放大，再轟擊熒光屏轉(zhuǎn)換成可見光，經(jīng)過光纖錐由高分辨可見光CXD讀取，這樣，每幅圖像的位置都對應(yīng)著一個時間，多幅圖像之間的時間間隔(皮秒量級)由圖像之間的距離和選通脈沖的速度決定。以本發(fā)明的多通道正入射極紫外成像物鏡作為成像的裝置，以上述分幅相機作為探測器，這樣對Z-pinch靶產(chǎn)生的多幅圖像就可以對應(yīng)著不同的時間，每幅圖像之間的時間間隔約為皮秒量級，所以，利用本發(fā)明的物鏡，并結(jié)合分幅相機就可以獲得Z-pinch靶具有皮秒量級時間分辨的二維圖像。本發(fā)明的物鏡能夠在大視場(不小于5mm)范圍內(nèi)實現(xiàn)10 20 μ m的空間分辨率。與現(xiàn)有針孔成像技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1.采用主鏡和副鏡相結(jié)合的物鏡結(jié)構(gòu)，可以消除軸上球差及軸外像差，能夠在大視場范圍內(nèi)實現(xiàn)較高的空間分辨率，空間分辨能力較傳統(tǒng)的針孔相機提高約一個數(shù)量級。2.該發(fā)明的物鏡具有較大的集光立體角(約10_3 10_4Sr)，較針孔相機(約10_9sr)提高約5個數(shù)量級，能夠明顯改善像面的光強度，提高圖像的亮度。


圖1為針孔成像的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為針孔陣列成像的光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的多通道正入射極紫外成像物鏡的光路結(jié)構(gòu)示意圖4為實施例1中多個主鏡的排布示意圖；圖5為分幅相機工作原理示意圖；圖6為實施例2中多個主鏡的排布示意圖。圖中，I為祀,2為針孔,3為圖像,4為針孔陣列,5為副鏡,6為主鏡,7為金微帶,8為微帶線MCP，9為熒光屏，10為光纖錐，11為可見光CCD，12為極紫外或軟X光，13為選通脈沖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例1一種多通道正入射極紫外成像物鏡，如圖3、圖4所示，物鏡包括一塊副鏡5和4塊主鏡6，4塊主鏡6均設(shè)在一個圓周上，副鏡5位于該圓周的軸線O1O2上，4塊主鏡6相對于主鏡6所處的圓周的軸線O1O2對稱分布。每一塊主鏡6分別和副鏡5共同組成一個通道，每個通道對同一個靶I形成一幅圖像3 ;靶I發(fā)出的極紫外或者軟X光經(jīng)不同的主鏡6反射后，均照射到副鏡5上，光再經(jīng)過副鏡5反射后形成4幅靶I的圖像3，該成像系統(tǒng)同時對一個物體(靶I)形成與主鏡6塊數(shù)相同的多幅圖像3。本發(fā)明的物鏡能夠在大視場(不小于5mm)范圍內(nèi)實現(xiàn)10 20 μ m的空間分辨率?！N多通道正入射極紫外成像物鏡的應(yīng)用，該物鏡與分幅相機配合使用，用于對Z-pinch光源的等離子體狀態(tài)進(jìn)行時空分辨診斷成像，在使用過程中，分幅相機作為物鏡所成的多幅圖像的探測器，分幅相機使同一個物體經(jīng)過多通道物鏡所成的多幅圖像分別對應(yīng)一個時間，從而實現(xiàn)時間分辨的能力。分幅相機是二維探測器，`可以記錄二維的圖像。分幅相機的結(jié)構(gòu)如圖5所示，分幅相機由皮秒高壓脈沖發(fā)生器、金微帶7、微帶線MCP8、熒光屏9、光纖錐10和可見光CXD11組成，以高壓脈沖發(fā)生器發(fā)出的高壓選通脈沖13為MCP快門，微帶線MCP8上排布多條金微帶7作為MCP電極，同時又作為選通光陰極。高壓脈沖發(fā)生器發(fā)出一個快速高壓選通脈沖13，以半光速沿金微帶7方向傳輸，從而產(chǎn)生增益，并有效地啟動金微帶7上的特定區(qū)域。選通脈沖13通過之后，則該區(qū)域?qū)⒉粫俚玫皆鲆?，即處于關(guān)閉狀態(tài)。在應(yīng)用過程中，靶I發(fā)出的極紫外或者軟X光12照射在金微帶7上，由于本發(fā)明的多通道物鏡能夠?qū)ν粋€物(靶I)成多幅圖像3，并且每個圖像3的位置不同，所以物鏡對診斷靶I所成的多幅圖像3位于微帶陰極的不同位置，選通脈沖經(jīng)過這些位置時這些像被光電陰極轉(zhuǎn)換成光電子并被MCP倍增放大，再轟擊熒光屏9轉(zhuǎn)換成可見光，經(jīng)過光纖錐10由高分辨可見光CXDll讀取，這樣，每幅圖像3的位置都對應(yīng)著一個時間，多幅圖像之間的時間間隔(皮秒量級)由圖像之間的距離和選通脈沖的速度決定。以本發(fā)明的多通道正入射極紫外成像物鏡作為成像的裝置，以上述分幅相機作為探測器，這樣對Z-pinch靶I產(chǎn)生的多幅圖像3就可以對應(yīng)著不同的時間，每幅圖像3之間的時間間隔約為皮秒量級，所以，利用本發(fā)明的物鏡，并結(jié)合分幅相機就可以獲得Z-pinch靶具有皮秒量級時間分辨的二維圖像。根據(jù)上述的分幅相機的特性，在金陰極表面每個位置獲得的圖像都對應(yīng)著一個時間(t1; t2，〖3和〖4)，而每兩幅圖像之間的時間間隔由圖像之間的距離和選通脈沖的速度決定，分幅相機可以實現(xiàn)皮秒量級的時間分辨，所以，由分幅相機所記錄的靶的四幅圖像對應(yīng)著物(Z-pinch靶)內(nèi)爆等離子體增長過程中的四個時間點的等離子體狀態(tài)。所以，本發(fā)明的多通道正入射極紫外物鏡結(jié)合分幅相機可以實現(xiàn)對靶的等離子體增長進(jìn)行高亮度、高空間分辨和時間分辨的診斷成像。實施例2
與實施例1不同之處在于，多通道正入射極紫外成像物鏡包括一塊副鏡5和8塊主鏡6,8塊主鏡6均設(shè)在一個圓周上，如圖6所不。
權(quán)利要求
1.一種多通道正入射極紫外成像物鏡，其特征在于，該物鏡包括一塊副鏡和多塊主鏡，所述的主鏡均設(shè)在一個圓周上，所述的副鏡位于該圓周的軸線上，每一塊主鏡分別和副鏡共同組成一個通道，每個通道對同一個物體形成一幅圖像； 物體發(fā)出的光經(jīng)主鏡反射后照射到副鏡上，再經(jīng)過副鏡反射后形成與主鏡塊數(shù)相同的多幅圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道正入射極紫外成像物鏡，其特征在于，所述的多塊主鏡相對于主鏡所處的圓周的軸線對稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道正入射極紫外成像物鏡，其特征在于，所述的主鏡的個數(shù)為4個或8個。
4.一種如權(quán)利要求1所述的多通道正入射極紫外成像物鏡的應(yīng)用，其特征在于，該物鏡與分幅相機配合使用，用于對Z-pinch光 源的等離子體狀態(tài)進(jìn)行時空分辨診斷成像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多通道正入射極紫外成像物鏡及其應(yīng)用，該物鏡包括一塊副鏡和多塊主鏡，主鏡均設(shè)在一個圓周上，副鏡位于該圓周的軸線上，每一塊主鏡分別和副鏡共同組成一個通道，每個通道對同一個物體形成一幅圖像，物體發(fā)出的光經(jīng)主鏡反射后照射到副鏡上，再經(jīng)過副鏡反射后形成與主鏡塊數(shù)相同的多幅圖像；該物鏡與分幅相機配合使用，用于對Z-pinch光源的等離子體狀態(tài)進(jìn)行時空分辨診斷成像，在使用過程中，分幅相機作為物鏡所成的多幅圖像的探測器，分幅相機使同一個物體經(jīng)過多通道物鏡所成的多幅圖像分別對應(yīng)一個時間，從而實現(xiàn)時間分辨的能力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實現(xiàn)高亮度、高分辨率的時空分辨成像。
文檔編號G02B13/14GK103235398SQ201310134178
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者王新, 穆寶忠, 伊圣振, 王占山, 王風(fēng)麗 申請人:同濟(jì)大學(xué)