本发明涉及单脉冲测量技术领域，具体涉及一种单发次x射线时间演化过程测量系统。
背景技术：
在激光惯性约束聚变研究中，单发次x射线时间演化过程受到极大地关注，也是非常重要的物理量。要测量单发次x射线时间演化过程不但对测量手段的时间分辨率提出了新要求，还要求具有单发次测量的能力。x光条纹相机虽已经开始应用于x射线时间演化过程的诊断，但是研究表明基于光电转换的相机受制于空间电荷效应且此类设备极易受到强中子、伽马射线、电磁噪声等的干扰；因此在使用上或技术成熟度上还有很大的改进空间。因此，研发一种全新的超快诊断技术势在必行。
在超快时间分辨测量技术中，一般采用超连续谱作为探针。用聚焦的超短脉冲与非线性介质相互作用，就可以产生超连续谱，它可用于可重复发生物理过程的探测。然而有很多过程是一次性的，难以再现的，比如强激光作用下材料性质的变化、单发次x射线时间演化过程等。这主要是因为不同发次的强激光或者x射线存在差异，以及材料本身的结构与性质不同等。如果用超连续谱作为探针研究上述过程，对超连续谱探针光进行分割、整形以及探测都是难点。
因此，为了适应不同的超快时间演化过程的需要，急需设计一种产生时间窗口可选、时间间隔可调的脉冲序列的新系统和新方法，以用于单发次x射线的测量。
技术实现要素：
为解决上述的技术问题，本发明提供了一种单发次x射线时间演化过程测量系统。
其技术方案如下：
一种单发次x射线时间演化过程测量系统，其要点在于，包括探测激光传输光路、纳秒激光传输光路、金属球和记录模块，其中，所述探测激光传输光路具有半透半反镜和多段延时反射镜；
一束超短脉冲激光进入探测激光传输光路后，透过半透半反镜后射向多段延时反射镜，由多段延时反射镜向半透半反镜反射回若干先后依次到达的探测激光；
一束纳秒激光经纳秒激光传输光路聚焦到金属球上，产生能够辐照到超快响应介质上的x射线；
其中，所述x射线到达超快响应介质的时间介于各探测激光到达超快响应介质的时间之间，所述记录模块记录通过超快响应介质的探测激光的强度变化。
采用以上结构，通过引入多段延时反射镜，使各探测激光先后依次到达超快响应介质，从而能够测量x射线时间演化过程，克服了不同发次的强激光或者x射线存在差异，以及材料本身的结构与性质不同等问题；并且，测量时间分辨率可以根据测量需求不同进行调节；同时适用范围广，不仅适用于x射线时间演化过程的测量，也适用于其他高能量单脉冲激光的脉冲宽度测量；因此，具有时间分辨率高、可调谐、适用范围广等优点。
作为优选：所述多段延时反射镜包括位于中心位置的中心反射面以及呈环形台阶状依次布置在中心反射面周围的环形反射面，各个环形反射面与半透半反镜的距离自远离中心反射面的方向逐渐增大。采用以上结构，结构简单可靠，易于制作。
作为优选：所述中心反射面为圆形，各个环形反射面均为圆环形，各个环形反射面的宽度均等于中心反射面的半径，且中心反射面与相邻环形反射面的高差等于各个相邻环形反射面之间的高差。采用以上结构，便于后续反演x射线的时间演化过程。
作为优选：所述探测激光传输光路包括第一可调衰减器、第一聚焦透镜、倍频晶体、准直透镜、短波通滤光片、延迟组件、第一反射镜、第二聚焦透镜、通光小孔、扩束透镜和第三聚焦透镜；
一束超短脉冲激光依次经第一可调衰减器、第一聚焦透镜、倍频晶体、准直透镜、短波通滤光片、延迟组件、第一反射镜、第二聚焦透镜、通光小孔和扩束透镜后，透过半透半反镜，射向多段延时反射镜，由多段延时反射镜向半透半反镜反射回若干先后依次到达的探测激光，各探测激光先后依次经第三聚焦透镜聚焦到超快响应介质上。
采用以上结构，能够产生波长可控、达到时间可控的探测激光。
作为优选：所述延迟组件包括第二反射镜、第三反射镜、平移台和设置在平移台上的中空回射器，所述第二反射镜、中空回射器和第三反射镜在短波通滤光片和第一反射镜之间依次传输，所述中空回射器能够在平移台的驱动下移动，以改变光路长度。采用以上结构，不仅光程调节的精确度高，而且操作便捷。
作为优选：所述记录模块包括ccd，在所述第三聚焦透镜和超快响应介质之间设置有第一偏振片，在所述超快响应介质和ccd之间设置有第二偏振片，所述第一偏振片与第二偏振片的偏振方向正交。采用以上结构，能够准确记录通过超快响应介质的探测激光的光强变化，以准确反演x射线的时间演化过程。
作为优选：所述纳秒激光传输光路包括第二可调衰减器、反射镜组和第四聚焦透镜；
一束纳秒激光依次经第二可调衰减器、反射镜组和第四聚焦透镜聚焦到金属球上，产生能够辐照到超快响应介质上的x射线。
采用以上结构，能够在衰减纳秒激光后稳定可靠地将聚焦到金属球上。
作为优选：还包括靶室，至少所述超快响应介质和金属球位于靶室中，所述靶室上具有可供激光注入以及信号输出的玻璃窗口。由于打靶产生x射线的激光较强，而且x射线也较强，采用以上结构，以起到很好的保护作用。
作为优选：所述超快响应介质位于能够透过x射线的屏蔽罩中，在所述屏蔽罩上开设有可供激光通过的小孔。采用以上结构，既能够屏蔽杂散光，又使x射线能够透过。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
采用以上技术方案的单发次x射线时间演化过程测量系统，设计巧妙，易于实现，能够测量x射线时间演化过程，克服了不同发次的强激光或者x射线存在差异，以及材料本身的结构与性质不同等问题；并且，测量时间分辨率可以根据测量需求不同进行调节；同时适用范围广，不仅适用于x射线时间演化过程的测量，也适用于其他高能量单脉冲激光的脉冲宽度测量；因此，具有时间分辨率高、可调谐、适用范围广等优点。
附图说明
图1为单发次x射线时间演化过程测量系统的示意图；
图2为多段延时反射镜的结构示意图；
图3为多段延时反射镜与半透半反镜的配合关系示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1和图3所示，一种单发次x射线时间演化过程测量系统，其主要包括探测激光传输光路、纳秒激光传输光路、金属球6和记录模块。
所述探测激光传输光路包括第一可调衰减器8、第一聚焦透镜9、倍频晶体11、准直透镜10、短波通滤光片12、延迟组件、第一反射镜17、第二聚焦透镜18、通光小孔20、扩束透镜19、半透半反镜21、多段延时反射镜22和第三聚焦透镜23。
一束超短脉冲激光(100fs，一般为800nm波长)先经第一可调衰减器8衰减后由第一聚焦透镜9聚焦到倍频晶体11上用于产生二倍频激光，然后经准直透镜10准直，再经短波通滤光片12滤掉波长大于800nm的激光，然后由延迟组件改变光程后，经第一反射镜17射向第二聚焦透镜18，并由第二聚焦透镜18聚焦后引入通光小孔20，过滤掉高频成分，最后由扩束透镜19扩束后，经过半透半反镜21，到达多段延时反射镜22，由多段延时反射镜22向半透半反镜21原路反射回若干先后依次到达的探测激光，各探测激光先后依次经第三聚焦透镜23聚焦到超快响应介质25上。
其中，所述多段延时反射镜22可以有多种结构，其反射表面均镀有高反膜。请参见图2和图3，这是多段延时反射镜22的其中一种实施例，该多段延时反射镜22包括位于中心位置的中心反射面22a以及呈环形台阶状依次布置在中心反射面22a周围的环形反射面22b，各个环形反射面22b与半透半反镜21的距离自远离中心反射面22a的方向逐渐增大。
进一步地，为便于后续反演x射线的时间演化过程，所述中心反射面22a为圆形，各个环形反射面22b均为圆环形，各个环形反射面22b的宽度均等于中心反射面22a的半径，且中心反射面22a与相邻环形反射面22b的高差等于各个相邻环形反射面22b之间的高差，其中，高差为1.5mm，产生的时间延迟为10ps。
中心反射面22a反射的探测激光走在前面，周围呈阶梯结构的环形反射面22b反射的探测激光走得慢。这些反射的探测激光存在一定的时间差，就可以用作超快过程的探测光。
请参见图1，所述延迟组件包括第二反射镜13、第三反射镜14、平移台15和设置在平移台15上的中空回射器16，所述第二反射镜13、中空回射器16和第三反射镜14在短波通滤光片12和第一反射镜17之间依次传输，所述中空回射器16能够在平移台15的驱动下移动，以改变光路长度，中空回射器16在平移台15上的调节精度优于1微米。
所述超快响应介质25位于能够透过x射线的屏蔽罩26中，在所述屏蔽罩26为100微米厚，其上开设有可供激光通过的小孔，屏蔽罩26可以屏蔽杂散光，透过x射线。
请参见图1，所述纳秒激光传输光路包括第二可调衰减器1、反射镜组和第四聚焦透镜5，其中，所述反射镜组包括依次设置在第二可调衰减器1和第四聚焦透镜5之间的第四反射镜2、第五反射镜3和第六反射镜4。
一束纳秒激光(1053nm，3ns)先经第二可调衰减器1衰减后，依次经第四反射镜2、第五反射镜3和第六反射镜4射向第四聚焦透镜5，由第四聚焦透镜5聚焦到金属球6上，产生能够辐照到超快响应介质25上的x射线。其中，金属球6可以为不同的材质，用于产生不同能段的x射线。
需要指出的是，纳秒激光和超短脉冲激光能够通过外触发控制，以实现同步。使x射线到达超快响应介质25的时间介于各探测激光到达超快响应介质25的时间之间。多段延时反射镜22产生的探测激光，总的时间跨度大于x射线的响应宽度。可以通过调节台阶的个数以及扩束后光斑的大小以保证尽可能多的探测激光。调节延迟组件，使探测激光中的最前面的激光早于x射线到达样品，保证整个x射线的时间过程都能被记录。
请参见图1，所述记录模块记录通过超快响应介质25的探测激光的强度变化。具体地说，所述记录模块包括ccd28，ccd28用于记录，正好放置在多段延时反射镜22经第三聚焦透镜23成像的像面上，满足物象关系。并且，在所述第三聚焦透镜23和超快响应介质25之间设置有第一偏振片24，在所述超快响应介质25和ccd28之间设置有第二偏振片27，所述第一偏振片24与第二偏振片27的偏振方向正交。
所述单发次x射线时间演化过程测量系统还包括靶室29，靶室29为直径1m的球形结构，靶室29的厚度为50mm，靶室29上具有可供激光注入以及信号输出的玻璃窗口。第四聚焦透镜5、金属球6、第一偏振片24、超快响应介质25、屏蔽罩26与第二偏振片27均位于靶室29中。
一种单发次x射线时间演化过程测量方法，按照以下步骤进行：
s1：调节中空回射器16的位置以及超短脉冲激光和纳秒激光的发射时间，使x射线到达超快响应介质25的时间介于各探测激光到达超快响应介质25的时间之间；
s2：移开第一偏振片24、超快响应介质25和第二偏振片27，向探测激光传输光路发射一束超短脉冲激光，利用ccd28记录探测激光的强度随时间的变化情况；
s3：将第一偏振片24、超快响应介质25和第二偏振片27置于设定位置，向探测激光传输光路发射一束超短脉冲激光、向纳秒激光传输光路发射一束纳秒激光，利用ccd28记录通过超快响应介质25的探测激光的强度随时间的变化情况；
s4：根据ccd28记录的光强变化，反演x射线的时间演化过程。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
1.一种单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：包括探测激光传输光路、纳秒激光传输光路、金属球(6)和记录模块，其中，所述探测激光传输光路具有半透半反镜(21)和多段延时反射镜(22)；
一束超短脉冲激光进入探测激光传输光路后，透过半透半反镜(21)后射向多段延时反射镜(22)，由多段延时反射镜(22)向半透半反镜(21)反射回若干先后依次到达的探测激光；
一束纳秒激光经纳秒激光传输光路聚焦到金属球(6)上，产生能够辐照到超快响应介质(25)上的x射线；
其中，所述x射线到达超快响应介质(25)的时间介于各探测激光到达超快响应介质(25)的时间之间，所述记录模块记录通过超快响应介质(25)的探测激光的强度变化。
2.根据权利要求1所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：所述多段延时反射镜(22)包括位于中心位置的中心反射面(22a)以及呈环形台阶状依次布置在中心反射面(22a)周围的环形反射面(22b)，各个环形反射面(22b)与半透半反镜(21)的距离自远离中心反射面(22a)的方向逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：所述中心反射面(22a)为圆形，各个环形反射面(22b)均为圆环形，各个环形反射面(22b)的宽度均等于中心反射面(22a)的半径，且中心反射面(22a)与相邻环形反射面(22b)的高差等于各个相邻环形反射面(22b)之间的高差。
4.根据权利要求1所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：所述探测激光传输光路包括第一可调衰减器(8)、第一聚焦透镜(9)、倍频晶体(11)、准直透镜(10)、短波通滤光片(12)、延迟组件、第一反射镜(17)、第二聚焦透镜(18)、通光小孔(20)、扩束透镜(19)和第三聚焦透镜(23)；
一束超短脉冲激光依次经第一可调衰减器(8)、第一聚焦透镜(9)、倍频晶体(11)、准直透镜(10)、短波通滤光片(12)、延迟组件、第一反射镜(17)、第二聚焦透镜(18)、通光小孔(20)和扩束透镜(19)后，透过半透半反镜(21)，射向多段延时反射镜(22)，由多段延时反射镜(22)向半透半反镜(21)反射回若干先后依次到达的探测激光，各探测激光先后依次经第三聚焦透镜(23)聚焦到超快响应介质(25)上。
5.根据权利要求4所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：所述延迟组件包括第二反射镜(13)、第三反射镜(14)、平移台(15)和设置在平移台(15)上的中空回射器(16)，所述第二反射镜(13)、中空回射器(16)和第三反射镜(14)在短波通滤光片(12)和第一反射镜(17)之间依次传输，所述中空回射器(16)能够在平移台(15)的驱动下移动，以改变光路长度。
6.根据权利要求4所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：所述记录模块包括ccd(28)，在所述第三聚焦透镜(23)和超快响应介质(25)之间设置有第一偏振片(24)，在所述超快响应介质(25)和ccd(28)之间设置有第二偏振片(27)，所述第一偏振片(24)与第二偏振片(27)的偏振方向正交。
7.根据权利要求1所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：所述纳秒激光传输光路包括第二可调衰减器(1)、反射镜组和第四聚焦透镜(5)；
一束纳秒激光依次经第二可调衰减器(1)、反射镜组和第四聚焦透镜(5)聚焦到金属球(6)上，产生能够辐照到超快响应介质(25)上的x射线。
8.根据权利要求1所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：还包括靶室(29)，至少所述超快响应介质(25)和金属球(6)位于靶室(29)中，所述靶室(29)上具有可供激光注入以及信号输出的玻璃窗口。
9.根据权利要求1所述的单发次x射线时间演化过程测量系统，其特征在于：所述超快响应介质(25)位于能够透过x射线的屏蔽罩(26)中，在所述屏蔽罩(26)上开设有可供激光通过的小孔。
技术总结