專利名稱:一種在小尺寸背光下工作的四通道kb顯微成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種ICF等離子體診斷用四通道X射線顯微成像系統(tǒng)，尤其是涉及一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
X射線背光成像是進行高能量密度物理(HEDP)和慣性約束聚變(ICF)研究的重要診斷手段。四通道KB顯微成像系統(tǒng)是在慣性約束聚變(ICF)研究中進行時間分幅高溫高密度等離子體診斷的關(guān)鍵設(shè)備，已經(jīng)在美國OMEGA上得到廣泛應(yīng)用。四通道KB顯微成像系統(tǒng)與分幅相機配合，可以通過對四幅圖像在不同時刻依次響應(yīng)的方式實現(xiàn)時間分辨，展現(xiàn)了等離子體在二維空間方向上的瞬時狀態(tài)?，F(xiàn)有四通道KB系統(tǒng)的物鏡結(jié)構(gòu)如圖I所示，四塊反射鏡在子午和弧矢方向上兩兩平行相對，并按照前后順序依次排列，空間位置關(guān)系由物鏡中心處的高精度支撐方芯保證。支撐方芯的四個側(cè)棱留有倒角，是X射線成像通道。四通道KB系統(tǒng)在子午方向上的光學結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，s為四通道KB系統(tǒng)對樣品靶中心位置成像所要求的背光源半尺寸st為背光源到樣品靶的距離；Φ為樣品靶直徑；Θ為·KB反射鏡工作掠入射角d為KB反射鏡鏡長；h為子午方向上像點的距離。上述各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間存在如式(I)所示的關(guān)系，弧矢方向上的結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系與式(I)相同。但由于兩組KB反射鏡按照前后順序依次排列，因此子午和弧矢方向上的結(jié)構(gòu)參數(shù)在具體數(shù)值上有輕微差異。可以看出，為了保證待成像物點被完全照亮，現(xiàn)有四通道KB系統(tǒng)需要的背光源尺寸S存在如式(2)所示的關(guān)系。
s = 2 · st · tan Θ (I)
S ^ 2 · st · tan θ +Φ ⑵
根據(jù)ICF物理實驗要求，背光源到樣品靶的距離st受到一定的限制。目前常用四通道KB系統(tǒng)的工作掠入射角可達2° ,由式⑵可知在祀丸尺寸Φ = 300 μ m和st = IOmm時需要約Imm的背光X射線尺寸。國外強激光裝置通過多路激光驅(qū)動背光靶的方式來獲得毫米量級的背光X射線尺寸，但是我國現(xiàn)有強激光裝置僅有I路激光作為背光X射線的驅(qū)動源，該路激光采用點聚焦模式獲得的背光X射線尺寸僅約400 μ m，但單位面積上的X射線強度較高；采用陣列模式雖然背光X射線尺寸提高到毫米量級，但是相應(yīng)的單位面積上的背光X射線強度明顯降低，因此無法滿足時間分辨ICF物理實驗對背光X射線通量的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種調(diào)裝難度小、應(yīng)用范圍廣的在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在子午方向上依次排列的兩塊KB物鏡(即物鏡A與物鏡B)和在弧矢方向上依次排列的兩塊KB物鏡(即物鏡C與物鏡D)；[0009]物點發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡A與物鏡B)分別反射后形成兩個通道的一維成像，隨后兩個通道的一維成像再經(jīng)過弧矢方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡C與物鏡D)分別反射后形成四個通道的兩維成像。
在子午方向上依次排列的兩塊KB物鏡(即物鏡A與物鏡B)的工作反射面處于同一平面內(nèi)，以避免阻擋X射線的通過。
在弧矢方向上依次排列的兩塊KB物鏡(即物鏡C與物鏡D)的工作反射面處于同
一平面內(nèi)。
子午方向上的第二塊KB物鏡(即物鏡B)和弧矢方向上的第一塊KB物鏡(即物鏡C)正交接觸放置，二者的距離固定(為二者各自的半鏡長之和)。
子午方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡A與物鏡B)與物點的距離不同，物點設(shè)在物鏡A的一側(cè)，子午方向上的兩塊KB物鏡具有不同的曲率半徑，以分別滿足KB系統(tǒng)的成像公 式。
弧矢方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡C與物鏡D)與物點的距離不同，物點設(shè)在物鏡C的一側(cè)，弧矢方向上的兩塊KB物鏡具有不同的曲率半徑，以分別滿足KB系統(tǒng)的成像公式。
子午方向上的第一塊KB物鏡(即物鏡A)的曲率半徑與弧矢方向上的第一塊KB物鏡(即物鏡C)的曲率半徑相同；子午方向上的第二塊KB物鏡(即物鏡B)的曲率半徑與弧矢方向上的第二塊KB物鏡(即物鏡D)的曲率半徑相同。
所述的四個通道的兩維成像由四個KB像點組成，所述的四個KB像點成像于分幅相機接收面上。
調(diào)整子午方向或弧矢方向上兩塊KB物鏡之間的距離來調(diào)節(jié)四個KB像點之間的間隔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
I、傳統(tǒng)的四通道KB系統(tǒng)的四塊物鏡在子午和弧矢方向上兩兩一組相對排列，物點與相對排列的兩塊KB物鏡之間夾角較大，因此需要毫米量級的背光X射線尺寸，這在我國現(xiàn)有強激光裝置上很難實現(xiàn)，并且單位面積上的背光X射線強度也無法保證某些高光通量ICF物理實驗的進行。本發(fā)明提出了一種新型的四通道KB顯微成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用三四百微米的背光X射線尺寸即可實現(xiàn)對四個通道的全部照明，顯著降低了四通道KB系統(tǒng)對背光X射線尺寸的要求，相應(yīng)的提高了單位面積上的背光X射線強度，拓展了四通道KB系統(tǒng)在ICF物理實驗中的應(yīng)用范圍，適合在我國目前強激光裝置上使用。
2、傳統(tǒng)的四通道KB系統(tǒng)的四塊物鏡在子午和弧矢方向上兩兩一組相對排列，四塊KB物鏡在空間上緊密排列，裝調(diào)難度大。而本發(fā)明提出的四通道KB系統(tǒng)的四塊KB物鏡采用依次排列的方式，在空間上沒有相互干擾，也就降低了裝調(diào)難度。


圖I為現(xiàn)有的四通道KB顯微成像系統(tǒng)示意圖；
圖2為現(xiàn)有的四通道KB顯微成像系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)圖；
圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明的系統(tǒng)在子午(弧矢)方向上的側(cè)視圖；[0025]圖5為用光學設(shè)計軟件ZEMAX得到的實施例I中四個像點在分幅相機接收面的空間排布圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
實施例I
一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，如圖3所示，包括子午方向上兩塊依次排列的KB物鏡(即物鏡A與物鏡B)和弧矢方向上兩塊依次排列的KB物鏡(即物鏡C與物鏡D)。物點發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡A與物鏡B)分別反射后形成兩個通道的一維成像，隨后這兩個通道的一維成像再經(jīng)過弧矢方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡C與物鏡D)反射后在分幅相機接收面形成四個通道的兩維成像。具體的成像關(guān)系如下物鏡A和物鏡C參與形成像I ;物鏡A和物鏡D參與形成像4 ;物鏡B和物鏡C參與形成像2 ;物鏡B和物鏡D參與形成像3。
圖3在子午方向上的投影如圖4所示。物鏡A與物鏡B的工作反射面處于同一平面P內(nèi)，以避免阻擋X射線的通過。其在分幅相機接收面上的像點的間隔h可以通過調(diào)整子午方向上物鏡A與物鏡B之間的距離Tl或弧矢方向上的物鏡C與物鏡D之間的距離T2來實現(xiàn)。為降低本發(fā)明的KB物鏡裝配難度，子午方向上的物鏡B和弧矢方向的物鏡C正交接觸放置，二者的距離固定(即T = d)。子午方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡A與物鏡B)與物點的距離Ul和u2不同，因此兩塊物鏡具有不同的曲率半徑Rl和R2，以分別滿足KB系統(tǒng)的成像公式。弧矢方向上的兩塊KB物鏡(即物鏡C與物鏡D)與物點的距離u3和u4不同，因此兩塊物鏡具有不同的曲率半徑R3和R4，以分別滿足KB系統(tǒng)的成像公式。為降低KB物鏡加工成本，弧矢方向上的物鏡C的曲率半徑R3和子午方向上的物鏡A的曲率半徑Rl相同，即R3 = Rl ;子午方向上的物鏡B的曲率半徑R2與弧矢方向上的物鏡D的曲率半徑R4相同，即R4 = R2。
由圖4可以得到本發(fā)明的四通道KB系統(tǒng)所需要的背光X射線尺寸S如式(3)和
(4)所示。本發(fā)明的四通道KB系統(tǒng)所需要的背光X射線尺寸僅約350 μ m。
S ^ st · tan β + Φ (3)
β = θ θ 2 = T1 · θ Jax1 (4)
首先確定子午方向上兩塊KB物鏡即物鏡A與物鏡B的初始時結(jié)構(gòu)參數(shù)。首先基于ICF物理實驗對空間分辨率的要求，基于物鏡A的成像公式(5)確定其初始結(jié)構(gòu)參數(shù)如表I中序號I所示。四塊KB物鏡鏡長d均為10mm。物鏡A與物鏡B的間隔T1 = 20mm,并且兩者的工作反射面處于同一平面P內(nèi)，此時物鏡A的掠入射角Θ i和物鏡B的掠入射角Θ 2存在如式⑷所示的關(guān)系，基于物鏡B的成像公式(6)和式(4)將其初始結(jié)構(gòu)參數(shù)完全確定，如表I中序號2所不。
_4] ^ + ^ =-V1 = M1-U1 (5)
^~ ^^=υ^Υ2=ΥΓ Λ6)
其次確定弧矢方向上物鏡C與物鏡D的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)合物鏡C的成像公式(7)確定物鏡C的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)如表I中序號3所示。
權(quán)利要求
1.一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括在子午方向上依次排列的兩塊KB物鏡和在弧矢方向上依次排列的兩塊KB物鏡； 物點發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的兩塊KB物鏡分別反射后形成兩個通道的一維成像，隨后兩個通道的一維成像再經(jīng)過弧矢方向上的兩塊KB物鏡分別反射后形成四個通道的兩維成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，在子午方向上依次排列的兩塊KB物鏡的工作反射面處于同一平面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，在弧矢方向上依次排列的兩塊KB物鏡的工作反射面處于同一平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，子午方向上的第二塊KB物鏡和弧矢方向上的第一塊KB物鏡正交接觸放置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，子午方向上的兩塊KB物鏡與物點的距離不同，子午方向上的兩塊KB物鏡具有不同的曲率半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，弧矢方向上的兩塊KB物鏡與物點的距離不同，弧矢方向上的兩塊KB物鏡具有不同的曲率半徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，子午方向上的第一塊KB物鏡的曲率半徑與弧矢方向上的第一塊KB物鏡的曲率半徑相同；子午方向上的第二塊KB物鏡的曲率半徑與弧矢方向上的第二塊KB物鏡的曲率半徑相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述的四個通道的兩維成像由四個KB像點組成，所述的四個KB像點成像于分幅相機接收面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，調(diào)整子午方向或弧矢方向上兩塊KB物鏡之間的距離來調(diào)節(jié)四個KB像點之間的間隔。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種在小尺寸背光下工作的四通道KB顯微成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在子午方向上依次排列的兩塊KB物鏡和在弧矢方向上依次排列的兩塊KB物鏡；物點發(fā)出的X射線經(jīng)過子午方向上的兩塊KB物鏡分別反射后形成兩個通道的一維成像，隨后兩個通道的一維成像再經(jīng)過弧矢方向上的兩塊KB物鏡分別反射后形成四個通道的兩維成像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的四通道KB系統(tǒng)的四塊KB物鏡采用依次排列的方式，在空間上沒有相互干擾，也就降低了裝調(diào)難度，顯著降低了四通道KB系統(tǒng)對背光X射線尺寸的要求，相應(yīng)的提高了單位面積上的背光X射線強度，拓展了四通道KB系統(tǒng)在ICF物理實驗中的應(yīng)用范圍，適合在我國目前強激光裝置上使用。
文檔編號G21K7/00GKCN102903413SQ201210424894
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月30日
發(fā)明者伊圣振, 穆寶忠, 王占山, 章逸舟, 王新 申請人:同濟大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan