激光聚变X射线诊断用高精度多层膜器件与系统技术OA
High-precision multilayer film optics and systems for X-ray diagnostics in laser-driven inertial confinement fusion
高精度多层膜器件是开展多维度、高分辨激光惯性约束聚变(ICF)X射线诊断的核心元件.针对激光聚变热斑高质量观测需求,开展了 X射线多层膜诊断成像器件的研究,包括 Kirkpatrick-Baez(KB)反射镜、离轴非球面反射镜和Wolter型显微元件.提出了基于多通道KB反射镜的高分辨自发光与背发光诊断数据同步测量方法,经测试系统空间分辨率优于 5 μm.发展了高精度拼接检测和离子束加工一体化的非球面反射镜制造工艺,经过离子束修正后 50 mm反射镜面型残差达 1.56 nm(RMS),粗糙度优于 0.3 nm.建立了 Wolter型显微元件设计、检测、抛光和多层膜镀制的全流程制作方法.上述器件与系统技术的研究为我国 ICF实验等离子体诊断提供了有力的支撑.
[Backgrounds]Multilayer film optics allow for the accurate characterization of high-energy-density plasmas produced in ICF implosions by capturing critical information—temporal,spatial,and spectral—of X rays,thereby enabling dynamic monitoring of the target.Such comprehensive diagnostics are essential for validating numerical models and understanding the key physics that ultimately determine implosion performance.[Purpose]To address critical X-ray diagnostic applications in ICF research,this paper presents the design,fabrication,characterization,and implementation of high-performance multilayer film optics and systems capable of achieving imaging resolution better than 5 μm,including three critical components:Kirkpatrick-Baez(KB)mirrors,off-axis aspheric mirrors,and Wolter microscopes.[Methods]Key advancements were achieved in X-ray optics,ranging from multi-channel KB mirrors for dual-mode diagnostics,precision-manufactured off-axis aspheres,and comprehensively engineered Wolter microscopes.[Results]Key achievements include a spatial resolution of sub-5 μm using the multi-channel KB mirror system,an exceptional surface figure of 1.56 nm RMS and roughness<0.3 nm on a 50 mm length off-axis asphere via ion beam figuring,and the successful implementation of a full-process methodology for Wolter microscopes.[Conclusions]Breakthroughs in the high-precision manufacturing of multilayer film optics and systems will provide robust technical support for plasma diagnostics in domestic ICF experiments.
苏子净;张众;王占山;黄秋实;伊圣振;张哲;盛鹏峰;余俊;张兴;董佳钦;齐润泽
同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900中国工程物理研究院 上海激光等离子体研究所,上海 201800同济大学 物理科学与工程学院,精密光学工程技术研究所,先进微结构材料教育部重点实验室,上海市数字光学前沿科学研究基地,上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台,上海 200092
数理科学
X射线诊断多层膜器件KB反射镜非球面反射镜Wolter元件
X-ray diagnosticmultilayer film opticsKB mirroraspheric mirrorWolter micro-optics
《强激光与粒子束》 2026 (6)
68-74,7
国家自然科学基金项目(12235011、12305365)
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