High Power Laser Science and Engineering 2021年第3期论文：
Shengzhen Yi, Feng Zhang, Qiushi Huang, et al. High-resolution X-ray flash radiography of Ti characteristic lines with multilayer Kirkpatrick–Baez microscope at the Shenguang-II Update laser facility[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2021, 9(3): 03000e42
在高能量密度物理（HEDP）及相关领域，X光闪光照相对细致研究等离子体状态，获得密度、面密度分布信息及其随时间演化行为有至关重要的作用。目前国内外激光装置常见的X光闪光照相方法包括点投影照相和球面弯晶成像，两者都可以进行毫米级视场的闪光照相，但受限于背光源尺寸和弯晶面形的影响，难以进行优于5 μm的高分辨背光成像测量，并且集光效率也受限。高分辨的Kirkpatrick-Baez(KB)显微镜已经在激光等离子体诊断得到广泛使用，但是在HEDP实验研究的应用目前仅限于Kα自发光成像。
如图1所示，KB显微镜基于掠入射反射式原理工作，能够在几百μm视场内实现3-5 μm的空间分辨，具有小视场高分辨的成像特性，从而存在明确的最佳物像关系。物镜薄膜的响应特性与背光源特征线能点和掠入射角也具有明显的关联性。此外，受限于有限的激光能量，背光需要在点源条件下才能获得足够的照明亮度。上述因素叠加，如何确保物镜薄膜与背光源谱线之间能量响应的最优化，以及“点源背光——最佳物方视场——KB物镜”三者之间有效的集成调试，就成为X光闪光照相用KB系统研制中亟待解决的两个关键问题。
工作掠入射角同时决定了系统的空间分辨和薄膜的能量响应特性，其精确控制是实现能量响应最优化的关键。为此，系统的掠入射角参数根据实测的反射镜曲率半径修正，并在子午和弧矢方向分别设计。为达到能量响应的最大化，将基于布拉格衍射原理的X光多层膜作为反射薄膜，设计了顶层Co/C和底层W/C叠加的双周期多层膜结构。通过调整材料的厚度比，顶层Co/C多层膜具有较大的光谱带宽，使得在Ti 类He线（4.75 keV） 和 Kα线（4.5 keV）均获得超过60%的反射效率。底层W/C工作在8 keV能点，则用于大气环境下的离线标定和调试，其具有较小的角度带宽，从而有效降低了掠入射角的偏差。利用通过直流磁控溅射镀膜方法，并通过X射线衍射仪测试和工艺优化，实现了0.1 nm的膜厚控制精度，将掠入射角的偏差控制在±0.005°范围内，实现了X光多层膜器件的高质量制备。
在系统集成调试方法上，首先通过8 keV能点离线X射线成像实验，建立了最佳物点和KB物镜之间的空间关系，并考核了系统的成像性能，在±100 μm视场获得了3-5 μm的高分辨成像结果，如图2所示。
图2 KB系统对600目网格的成像结果（a）及空间分辨率标定数据（b）
在此基础上，提出了如图3所示的双模拟球定位指示方法，分别指示最佳物点和后续物理实验所需的背光源位置。该集成调试方法有效建立了背光源、物点和KB物镜三个关键组件的耦合关系，同步保证了系统空间分辨率和背光对物点的照明关系，同时大幅缩短了物理实验前系统的在线安装调试时间。
图3 基于双定位球的X光闪光照相用KB显微镜装调方法
利用该套高分辨多层膜KB系统，在神光Ⅱ升级装置成功进行了Au锥-CD壳层靶的闪光照相的考核和物理实验，考核结果如图4所示，在仅约80μm直径的Ti靶背光源下，实现了对几十微米物方区域的有效照明。中物院激光聚变研究中心及其合作者利用该套系统获得的实验数据，成功获得了间接驱动快点火靶的压缩图像，相关成果发表于Nature Physics，16，(2020): 810-814.
图4 KB显微镜对Au锥-CD壳层靶的Ti靶闪光照相结果
