光折變X射線半導體超快響應芯片空間性能的實驗研究

譚小波，閆欣，易濤，何凱，邵錚錚，周凱凱，高貴龍，汪韜，張軍，莊釗文

（1 國防科技大學電子科學學院，長沙410073）

（2 中國科學院西安光學精密機械研究所超快診斷技術重點實驗室，西安710119）

（3 中國工程物理研究院激光聚變研究中心，四川綿陽621900）

0 引言

慣性約束聚變（Inertial Confinement Fusion，ICF）是將高能短脈沖激光注入黑腔對靶丸加熱壓縮以實現聚變點火的方法，超快診斷技術在ICF 研究中不可或缺［1-2］。ICF 發生在極小的空間（0.1～1 mm），極短的時間（～ns），且部分過程如內爆熱斑的持續時間只有100～200 ps，這需要診斷技術具備ps 級甚至百fs 級的超高時間分辨能力以及μm 級的高空間分辨能力［3］。傳統電真空超快探測技術通常基于光電轉換原理，其性能受到材料響應、空間電荷效應等因素的制約，比如，采用微通道板（Microchannel Plate，MCP）技術可以將分幅相機的時間分辨率提升到～30 ps，但MCP 帶來的空間電荷效應限制了其空間分辨率（～50 μm）［4-6］；DIXI（DIlation X-ray Imager）利用電子脈沖時間放大技術以獲得更短的選通時間，實現了較高時間分辨的成像（～10 ps），但DIXI 中會產生大量次生電子，影響成像的信噪比和空間分辨率（～100 μm）［7-8］；條紋相機雖能夠達到200 fs 的超高時間分辨率，但其本身不具備二維成像能力，較大地限制了其應用［9-10］。

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室提出了基于半導體光折變效應的超快探測技術，時間響應可達ps～百fs，還具有全光全固態抗強輻射能力等優勢［11-12］。LONDON R A 等對GaAs 材料的能量沉積時空特性進行了理論分析和數值計算，研究表明GaAs 的時間響應低至百fs 級，空間分辨優于5 μm，光折變材料可用于高時空分辨超快成像研究［13］。……