高能 CT（ComputedTomography）作為最先進(jìn)的無損檢測手段之一，在國防、航空航天、核能核電、高鐵交通等行業(yè)的大型構(gòu)件和大型裝備精密檢測方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。常規(guī)高能 CT 系統(tǒng)空間分辨率限制在 3.5 lp/mm以內(nèi)，阻礙了其在高端裝備上的進(jìn)一步應(yīng)用。

中國工程物理研究院研制的“精衛(wèi)”系統(tǒng)將探測采樣時(shí)間縮短至 15～30 min，相比于公開報(bào)道的世界最高空間分辨率的 CoLoSSIS 系統(tǒng)，成像空間分辨率提高了 2～3 倍，最短掃描時(shí)間縮短至 1/5～1/10。

“精衛(wèi)”高空間分辨成像結(jié)果

高能 CT 空間分辨率的提升首先需要高品質(zhì)的電子源，即一定流強(qiáng)下更低發(fā)射度、更低能散的高亮度電子束。武漢光至科技有限公司耗時(shí)1年研制交付的低噪聲266 nm皮秒激光器作為“精衛(wèi)”系統(tǒng)激勵(lì)光陰極產(chǎn)生電子束團(tuán)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，為后續(xù)加速器產(chǎn)生了高質(zhì)量和低時(shí)間抖動(dòng)的電子束團(tuán)，有效提升了系統(tǒng)的探測效率和分辨率。

低噪聲266 nm皮秒激光器光路示意圖

如上圖所示，低噪聲的266 nm皮秒激光器光學(xué)部分主要包括4個(gè)組件：

●高穩(wěn)皮秒鎖模振蕩器。基于可飽和吸收體（SESAM）鎖模原理，通過精準(zhǔn)設(shè)計(jì)腔長和控制色散，實(shí)現(xiàn)178.5 MHz重頻和12 ps左右的脈沖輸出。SESAM固定在壓電陶瓷上，可以精確控制腔長以抑制環(huán)境噪聲對腔長的影響。

●保偏光纖放大器。采用三級保偏光纖放大器將種子源的平均功率從10 mW左右逐步提升到15 W，并控制光纖中的非線性增長過程，抑制光譜展寬以保證后續(xù)較高的倍頻效率。

●電光斬波和固體放大器。采用電光開關(guān)將脈沖斬波成脈沖串，宏脈沖寬度可調(diào)。脈沖串經(jīng)過固體放大器進(jìn)一步放大能量，并且要求保證1%以內(nèi)的功率和能量波動(dòng)。

●非線性二倍頻和四倍頻。放大后的皮秒脈沖串，經(jīng)過LBO晶體二倍頻為532 nm，再經(jīng)過BBO晶體四倍頻為266 nm深紫外光，基頻到四倍頻效率優(yōu)于10%。四倍頻后的輸出光經(jīng)過光斑擴(kuò)束整形后輸出，導(dǎo)入光陰極腔，聚焦于光陰極材料。

為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的脈沖輸出，光至科技基于自身在MOPA脈沖激光器上積累的電控技術(shù)積累，專門定制開發(fā)了高穩(wěn)定性的電控系統(tǒng)，包括基于FPGA的高速總控，低噪聲泵浦恒流驅(qū)動(dòng)，高精度晶體溫控和高帶寬鎖頻閉環(huán)電子學(xué)。

經(jīng)過長達(dá)1年的研制和調(diào)試工作，最終交付的深紫外光源達(dá)到了良好的光學(xué)指標(biāo)，順利完成了試驗(yàn)工作。