基于瞬态光栅的图像获取技术研究

The recently developed imaging technique based on transient grating has the ability of detecting the radiation image from the infrared to the X-ray spectrum with several picoseconds resolution. It has advantages of high spatial resolution, potentially high dynamic range and inherently ability to resist radiation and electromagnetic interference. However, the application of this technique has been limited, because the key physical process of this technique, which affects the performance of the system, has not been studied in detailed..In this project, in order to raise the time response of the system, optimize image quality and acquire the ability of detecting the X-ray image based on our previous study, we will carry out the study of the physical process from the photon to the carrier, from the carrier to the grating, from the grating to the image signal of the imaging system, characteristics of image converters based on several kinds of semiconductors and the relationship between the performance and the structure of the imaging system in the light path. At last, we can provide theoretical and technical support for the application of this technique and promote the development of the study of high energy density physics and fast process.

基于瞬态光栅的图像获取技术是近年来发展的一种具有ps级时间分辨覆盖红外到X射线光谱的图像探测技术，具有高空间分辨，潜在的大动态范围和固有的抗电磁和辐射干扰等优点。目前，该技术中关键物理过程对系统性能的影响还没有得到深入研究，以致限制了该方法的应用。本项目在申请人现有研究基础上，针对提高系统时间响应特性、优化系统获取图像质量、拓展面向X射线图像探测方面，开展系统工作过程中从光子到载流子、从载流子到光栅、从光栅到图像信号的模拟计算研究，开展基于不同半导体材料的图像转换屏性能研究，开展光路中的关键结构对系统性能的影响研究。通过本项目的研究，可为该技术的应用提供理论和技术支持，推动高能量密度物理等快过程的研究工作。

基于瞬态光栅的图像获取技术是近年来发展的一种具有ps级时间分辨覆盖红外到X射线光谱的图像探测技术，具有高空间分辨，潜在的大动态范围和固有的抗电磁和辐射干扰等优点，本项目针对这种全新的探测技术从物理机理、性能分析、应用拓展等方面展开了研究。.本项目对基于瞬态光栅的图像探测系统工作时的全物理过程进行了模拟分析，以InP半导体为图像转换屏材料，获得了入射光子影响非平衡载流子浓度，非平衡载流子浓度影响折射率，折射率影响衍射效率的传递关系，并评估了各环节对系统空间分辨、时间分辨、动态范围等特性的影响。.本项目基于Fabry-Perot干涉法在激光激发条件下研究了半导体的非平衡载流子动力学特性，非平衡载流子的复合过程主要受材料杂质影响，金刚石通过氮掺杂，非平衡载流子复合时间可达12 ps，是建立超高时间分辨图像探测系统的潜在材料。.本项目针对激光和X射线激发条件，分别建立了图像转换屏和探测系统，并开展了性能研究和相关应用。针对激光激发，图像探测系统性能为：空间分辨16 lp/mm，动态范围100，时间响应600 ps，该探测系统实现了对激光光斑的时空分布诊断。针对X射线激发，图像探测系统空间分辨140 μm，可获取时间分辨1.5 ns，时间间隔13 ns的两幅图像，该探测系统实现了Z-pinch内爆过程的诊断，这是基于瞬态光栅的图像探测技术自提出以来首次在高能量密度物理领域中的应用。.以上工作大大推动了基于瞬态光栅图像探测技术的发展，为该技术在高能量密度物理领域中的应用奠定基础。