波带板衍射效率提高和扩展源成像的数值研究

发布时间：2020-06-14 01:44

【摘要】：惯性约束聚变使用高能激光或激光产生的X射线压缩靶丸。在激光烧蚀与压缩靶丸过程中可能出现流体力学不稳定性,这是制约聚变过程成功与否的关键。为诊断靶丸的流体力学不稳定性,常采用X射线背光照相的方法对靶丸进行诊断。由于X射线的穿透能力极强,几乎所有的用于可见光领域光学器件制造的材料都不能用来制造X射线光学器件。菲涅耳波带(FZP)板能够应用于X射线成像。但是由于其高阶衍射以及一级衍射效率过低的原因,制约着其广泛的使用。本文针对FZP的X射线成像做了研究,主要包括以下两方面内容。第一部分主要针对FZP衍射效率过低的缺点,在前人工作的基础上,结合之前相移台阶型波带板的设计思路和制作波带板的新技术,提出了一种新型高效率衍射波带板。这种波带板的核心思想是在同一厚度下使用不同的金属材料来使波带板的透过率函数逼近理想透镜的透过率函数。首先对这种波带板进行了数学上的分析,结果显示其衍射效率达到68.39%左右。之后自编Matlab程序对这种波带板进行了 X射线成像研究,并将结果与振幅型FZP的结果对比,并研究了它在入射光为非单色光时的聚焦特性。第二部分主要是关于FZP对大尺度源成像规律的研究。为了配合可见光波段的实验验证,我们在可见光领域使用相同的理论模拟了 FZP对大尺度源的成像结果,主要是关于扩展源尺寸以及光源光谱带宽对FZP成像分辨率与对比度的影响。结果表明,对于一定尺寸的扩展源成像,对于远离光轴部分,随着离轴程度增加,像分辨率基本不受影响,但是对比度会提高。改变扩展源尺寸观察视场中央成像情况,发现随着扩展源尺寸增加,分辨率基本不变,对比度呈下降趋势。当入射光具有一定带宽时,随着带宽增加,视场中央分辨率与对比度同时下降。 【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL632.1

【图文】：

示意图,针孔成像,示意图,像散

邋）逡逑图１．４针孔成像示意图逡逑ＫＢ镜由两块相互垂直的球面镜组成，子午面（图１中ｘｚ面）和弧矢面（图１逡逑中的面）成像满足公式：逡逑ｌ／ｕ邋＋邋ｌ／（ｖ－＼－ｄ）邋＝邋２／邋Ｒｓｉｎ０］逦（２．４）逡逑ｌ／（ｗ邋＋邋＾）邋＋邋ｌ／ｖ邋＝邋２／７？ｓｉｎ＾２逦（２．５）逡逑ＫＢ镜能够消除像散，但是球差依然存在，且为决定系统分辨率的主要因素。球逡逑差由以下公式给出：逡逑（２．６）逡逑２Ｒ逦Ｋ邋Ｊ逡逑ＫＢ镜虽然消除了像散等因素的影响，但是并没有消除视场倾斜，慧差，球差等逡逑影响，且表面加工精度直接影响成像性质，因此其空间分辨能力以及视场也受到逡逑很强的限制。逡逑４逡逑

示意图,积分,格林定理,示意图

其中３／加表示沿外法线方向的偏导数。此方程就是格林定理。逡逑格林定理是标量衍射理论的数学基础，下面由这个方程导出基尔霍夫积分定逡逑理。如图２．１所示，为了表达出Ｐ0点的复振幅，希望用封闭曲面５１上的复振幅表逡逑示出来。应用格林定理，选取Ｐｏ点向外发散的球面波作为辅助函数，于是在任逡逑意一点上，对辅助函数，，有：逡逑Ｇ（Ｐｉ）＾ＭＪＫ）逦（２１１）逡逑为了能够满足格林函数的使用条件，即辅助函数Ｇ在封闭曲面上和内部一阶二阶逡逑偏导数均存在，必须排除辅助函数在点处的不连续性，选取半径为ｅ的球面逡逑Ｓ将Ｐ0点包围住即可。于是有在目标体积ｒ内，复扰动Ｇ是一个向外发逡逑散的球面波，它满足亥姆霍兹方程：逡逑（Ｖ２邋＋邋ｆｃ２）Ｇ邋＝邋０逦（２．１２）逡逑将方程（２．９）和（２．１２）代入格林定理的左边得到：逡逑ＪＪＪ（邋ＷＧ邋－邋ＧＶ２［／）办＝－邋ＧｆＴＪｔ２）办＝０逦（２．１３）逡逑Ｖ逦Ｖ＇逡逑于是，原格林定理可以简化为：逡逑g逦（２．１４）逡逑注意到对于Ｓ上的一般点

【参考文献】