专利名称：一种快响应x射线探测器最大线性输出电流的定标方法
技术领域：
本发明涉及ー种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，属于电磁探测技术领域。
背景技术：
X射线是波长约为O. 01 50纳米的电磁波，波长小于O. I埃的X射线称为硬X射线，波长大于O. I埃的X射线称为软X射线，它由德国物理学家W. K.伦琴于1895年发现，又称伦琴射线。X射线为人们认识物质世界提供了ー个非常有力的工具。X射线与物质的相互作用，尤其是散射作用，给人们提供了原子、分子在物体中的微观排列图像；而X射线光谱学的发展，则为人们认识原子结构的规律性、为原子结构理论提供了直接的实验佐证，同时也 使辨别物质的元素成为可能。这使物理学的研究领域从宏观进入到微观、从经典过渡到现代，产生了划时代的进展。产生X射线的方式主要有四种X射线管、同步辐射、X射线激光和激光等离子体。X射线管是在玻璃管内安装阴极灯丝和阳极靶构成，通电加热阴极灯丝发射大量电子，在两极间加上几十千伏的高压，让这些电子快速飞向阳极并形成高能电子，当高能电子与阳极祀发生碰撞时，就有X射线从阳极祀上发射出来。由X射线管发射出的X射线一般含有两种成分強度随波长连续变化的连续谱和波长一定且强度很大的标识谱。其中标识谱线是由原子内层电子的跃迁产生的，波长随阳极靶物质的元素的原子序数有规则地变化，是元素的特征标志；而连续谱是高能电子轰击靶时发射出的连续谱电磁波，也称韧致辐射。同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时沿切线方向发出的电磁辐射，它具有频谱宽且连续可调(从红外至硬X射线跨4 5个数量级)、高亮度(比普通光源至少高三个量级，信噪比高)、高度的准直和偏振性(可获得很好的空间分辨率和微区内极高的光通量)、光谱纯洁(可以减少各种环境因素对复杂测量过程的干扰)等优异的特性。X射线激光是指波长为O. 01 30纳米的激光。它具有亮度高、脉冲短、相干性好等优点，其原理是由泵浦激光打靶后产生的高温等离子体发出的受激跃迁辐射。利用X射线激光全息术进行诸如表面物理、原子分子物理、化学反应动力学等需要高分辨率的快速过程的研究，有可能使人们看到原子尺度上的生命、物理和化学动力学过程。同步辐射装置和X射线激光系统价格昂贵、机时有限，因而人们迫切需要ー种价格便宜、易于操作的光源用于X射线显微术作为实验室的常规分析工具，而激光等离子体X射线光源是满足这ー要求的理想光源，其基本原理是当高強度(IO14 1015W/cm2)激光脉冲聚焦打在微小尺寸(μ m级)固体靶上时，靶的表面迅速形成高温高密度的等离子体，因为X射线不受等离子体中产生的大电场和磁场的影响，很容易从等离子体内部逃逸从而发射出X射线，并形成具有足够辐射強度的独立点光源。另外，也可以采用超快响应的X射线探测器对等离子体发射的X射线特性进行探測，对激光等离子体的性能參数进行诊断，这在激光核聚变(又称惯性约束核聚变，ICF)研究中具有重大意义。对这种超快响应的X射线探测器而言，其最大线性输出电流是ー个重要參数，对其进行严格的定义和测试都是很有必要的。发明内容:
本发明所要解决的问题是如何定义并标定超快响应X射线探测器的最大线性输出电流參数。本发明所提供的技术问题是这样解决的ー种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，采用紫外激光器产生的超短脉冲作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下对应的快响应X射线探测器的线性输出电流，对快响应X射线 探測器最大线性输出电流进行定标。具体地，采用超短脉冲紫外激光器作为辐射源，在快响应X射线探测器与超短脉冲紫外激光器之间放置深紫外石英玻璃，使其反射部分激光至激光能量计上；入射的紫外激光辐照在快响应X射线探测器的阴极上吋，由高速示波器测出该紫外激光辐照产生的输出光电信号电压峰值；当固定深紫外石英玻璃的入射角不变吋，连续改变紫外激光脉冲能量的输出，就可得到快响应X射线探测器接收的能量E与快响应X射线探测器最大线性输出电流/_的对应关系。所述超短脉冲紫外激光器采用产生的激光波长最短可达256nm，能量可达20毫焦耳，脉宽为8ps，可形成足够辐射強度并模拟超短X射线脉冲辐照的独立点光源的紫外激光器。所述深紫外石英玻璃采用工作波长可工作在220nm 25 μ m之间，垂直入射时透过率可达90%的深紫外石英玻璃。快响应X射线探测器的高压电源的直流偏压至少要达到3000V以上，使入射的紫外激光辐照在快响应X射线探测器阴极上产生的光电子在足够强的直流电场作用下脱离阴极飞向阳极。快响应X射线探测器阴极上光电子产生的电流由高速示波器测出其峰值电压后由欧姆定律计算出探測器的最大线性输出电流。快响应X射线探测器的输出信号端和高速示波器输入端均采用50 Ω标准SMA射频连接器进行连接，以保证测试精度。快响应X射线探测器的同轴输出窗ロ采用50Ω阻抗匹配，各个器件之间的连接均采用低耗同轴线，減少了电磁脉冲电信号的损耗，提高了测试准确性。采用脉冲宽度为8ps、激光光束直径大于探測器阴极直径的超短脉冲紫外激光器代替超短脉冲软X射线源，克服了超短脉冲软X射线源体积庞大、价格昂贵、操作复杂、使用不便等缺点。本发明与现有技术相比具有如下优点
本发明利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下对应的快响应X射线探測器的线性输出电流，解决了现有设备无法直接对快响应X射线探测器最大线性输出电流进行定标的难题。
图I为测试系统的总体框 图2是该探測器在固定直流偏压的情况下，连续改变入射紫外激光脉冲的光强，计算得到的探测器输出信号电流幅值与入射紫外激光脉冲光强的关系。
具体实施例方式 ー种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，采用紫外激光器产生的超短脉冲作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下对应的快响应X射线探测器的线性输出电流，对快响应X射线探测器最大线性输出电流进行定标。具体地，采用超短脉冲紫外激光器作为辐射源，在快响应X射线探测器与超短脉冲紫外激光器之间放置深紫外石英玻璃，使其反射部分激光至激光能量计上；入射的紫外激光辐照在快响应X射线探测器的阴极上时，由高速示波器测出该紫外激光辐照产生的输出光电信号电压峰值；当固定深紫外石英玻璃的入射角不变时，连续改变紫外激光脉冲能 量的输出，就可得到快响应X射线探测器接收的能量E与快响应X射线探测器最大线性输出电流/_的对应关系
如图I所示，定标系统包括超短脉冲紫外激光器、高灵敏度激光能量计、深紫外石英玻璃、快响应X射线探测器(后文简称探測器)和高速示波器，快响应X射线探测器的同轴输出窗ロ采用50Ω阻抗匹配，各个器件之间的连接均采用低耗同轴线，減少了电磁脉冲电信号的损耗，提高了测试准确性。其测试原理简述如下
在激光光束直径大于探測器阴极直径、深紫外石英玻璃上激光入射角确定的情况下，快响应X射线探测器接收的能量E (単位μ J)与反射到激光能量计的能量E’(単位yj)有固足的比例关系
E = KE式(I)
式中K是与激光在深紫外石英玻璃上的入射角相关的常数。采用高速示波器对探测器的输出信号进行测试，测得电压峰值为U (単位V)，则根据欧姆定律可得探测器输出信号电流峰值为
7=—式(2)
根据计算出的探测器输出信号电流峰值I和探測器接收的激光能量E，利用最小ニ乘法原理拟合出探测器的I — E平滑曲线。当E值增加10%时，若I值的增加值小于1%，则此时探測器的输出信号电流峰值Imax (単位A)定义为探測器的最大线性输出电流。实验例
首先按照图I所示连接好测试系统后，按照下列步骤进行测试
O固定深紫外石英玻璃与超短脉冲紫外激光器的相对位置，即固定入射激光在深紫外石英玻璃平面的入射角度，从而可以根据激光能量计上所接收的反射激光能量E’来确定快响应X射线探测器接收的能量E。2)直流高压值设置为(3000±5) V，连续改变超短紫外激光的输出能量，测试并记录不同激光输出能量时探测器输出信号峰值电压U和激光能量计的读数值E’。
表I探测器输出信号峰值电压U和X射线反射能量E’
权利要求
1.一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，其特征在于采用紫外激光器产生的超短脉冲作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下对应的快响应X射线探测器的线性输出电流，对快响应X射线探测器最大线性输出电流进行定标。
2.根据权利要求I所述的一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，其特征在于具体地，采用超短脉冲紫外激光器作为辐射源，在快响应X射线探测器与超短脉冲紫外激光器之间放置深紫外石英玻璃，使其反射部分激光至激光能量计上；入射的紫外激光辐照在快响应X射线探测器的阴极上时，由高速示波器测出该紫外激光辐照产生的输出光电信号电压峰值；当固定深紫外石英玻璃的入射角不变时，连续改变紫外激光脉冲能量的输出，就可得到快响应X射线探测器接收的能量E与快响应X射线探测器最大线性输出电流的对应关系。
3.根据权利要求2所述的一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，其特征在于所述超短脉冲紫外激光器采用产生的激光波长最短可达256nm，能量可达20毫焦耳，脉宽为8ps，可形成足够辐射强度并模拟超短X射线脉冲辐照的独立点光源的紫外激光器。
4.根据权利要求I 3任一项所述的一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，其特征在于所述深紫外石英玻璃采用工作波长可工作在220nm 25μπι之间，垂直入射时透过率可达90%的深紫外石英玻璃。
5.根据权利要求4所述的一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，其特征在于快响应X射线探测器的高压电源的直流偏压至少要达到3000V以上，使入射的紫外激光辐照在快响应X射线探测器阴极上产生的光电子在足够强的直流电场作用下脱离阴极飞向阳极。
6.根据权利要求4所述的一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，其特征在于快响应X射线探测器阴极上光电子产生的电流由高速示波器测出其峰值电压后由欧姆定律计算出探测器的最大线性输出电流。
7.根据权利要求4所述的一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，其 特征在于快响应X射线探测器的输出信号端和高速示波器输入端均采用50 Ω标准SMA射频连接器进行连接，以保证测试精度。
全文摘要
本发明公开了一种快响应X射线探测器最大线性输出电流的定标方法，属于电磁探测技术领域。该定标方法采用紫外激光器产生的超短脉冲作入射光，利用深紫外石英玻璃的分光特性，得到不同入射光能量下对应的快响应X射线探测器的线性输出电流，对快响应X射线探测器最大线性输出电流进行定标。解决了现有设备无法直接对快响应X射线探测器最大线性输出电流进行定标的难题。
文档编号G01T1/00GK102841365SQ20121033722
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者王占平, 蒋亮, 詹月, 焦芳, 庞智强, 徐丽晓, 周鹰 申请人:电子科技大学