Multiple monochromatic x-ray imaging (MMI) is a technique for diagnosing the emission spectra of tracer elements in laser-driven inertial confinement fusion experiments. This study proposes an MMI method that combines a simple pinhole array with a laterally graded multilayer mirror. The method directly obtains multiple monochromatic x-ray images by regulating the multilayer thickness in different mirror positions to compensate for the energy-broadening effect. This paper presents a comprehensive design scheme, the multilayer fabrication and experimental verification of the gradient MMI imaging performance. The experimental results show that the method achieves monochromatic imaging with a spectral resolution of ∼70–90 eV in several keV energy regions. This paper presents a practical diagnostic approach for directly and synchronously capturing the spatial, temporal, and spectral information of laser plasma x rays.

1.
O.
Renner
,
M.
Šmíd
,
D.
Batani
, and
L.
Antonelli
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
58
(
7
),
075007
(
2016
).
2.
T. R.
Joshi
,
S. C.
Hsu
,
P.
Hakel
,
N. M.
Hoffman
,
H.
Sio
, and
R. C.
Mancini
,
Phys. Plasmas
26
(
6
),
062702
(
2019
).
3.
I.
Golovkin
,
R.
Mancini
,
S.
Louis
,
Y.
Ochi
,
K.
Fujita
,
H.
Nishimura
,
H.
Shirga
,
N.
Miyanaga
,
H.
Azechi
,
R.
Butzbach
, and
I.
Uschmann
, et al,
Phys. Rev. Lett.
88
(
4
),
045002
(
2002
).
4.
R. C.
Shah
,
B. M.
Haines
,
F. J.
Wysocki
,
J. F.
Benage
,
J. A.
Fooks
,
V.
Glebov
,
P.
Hakel
,
M.
Hoppe
,
I. V.
Igumenshchev
,
G.
Kagan
,
R. C.
Mancini
,
F. J.
Marshall
,
D. T.
Michel
,
T. J.
Murphy
,
M. E.
Schoff
,
K.
Silverstein
,
C.
Stoeckl
, and
B.
Yaakobi
,
Phys. Rev. Lett.
118
(
13
),
135001
(
2017
).
5.
H.
Sawada
,
M. S.
Wei
,
S.
Chawla
,
A.
Morace
,
K.
Akli
,
T.
Yabuuchi
,
N.
Nakanii
,
M. H.
Key
,
P. K.
Patel
,
A. J.
Mackinnon
,
H. S.
McLean
,
R. B.
Stephens
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Rev. E
89
(
3
),
033105
(
2014
).
6.
T.
Nagayama
,
R. C.
Mancini
,
D.
Mayes
,
R.
Tommasini
, and
R.
Florido
,
High Power Laser Sci. Eng.
3
(
23
),
e23
(
2015
).
7.
F. J.
Marshall
,
P. W.
McKenty
,
J. A.
Delettrez
,
R.
Epstein
,
J. P.
Knauer
,
V. A.
Smalyuk
,
J. A.
Frenje
,
C. K.
Li
,
R. D.
Petrasso
,
F. H.
Séguin
, and
R. C.
Mancini
,
Phys. Rev. Lett.
102
(
18
),
185004
(
2009
).
8.
H. M.
Johns
,
R. C.
Mancini
,
T.
Nagayama
,
D. C.
Mayes
,
R.
Tommasini
,
V. A.
Smalyuk
,
S. P.
Regan
, and
J. A.
Delettrez
,
Phys. Plasmas
23
(
1
),
012709
(
2016
).
9.
T.
Nagayama
,
R. C.
Mancini
,
R.
Florido
,
D.
Mayes
,
R.
Tommasini
,
J. A.
Koch
,
J. A.
Delettrez
,
S. P.
Regan
, and
V. A.
Smalyuk
,
Phys. Plasmas
21
(
5
),
050702
(
2014
).
10.
R. C.
Mancini
,
L. A.
Welser
,
I. E.
Golovkin
,
Y.
Ochi
,
K.
Fujita
,
H.
Nishimura
,
R.
Butzbach
,
I.
Uschmann
,
E.
Förster
,
F. J.
Marshall
,
J. A.
Delettrez
,
J. A.
Koch
,
H. E.
Dalhed
,
R. W.
Lee
, and
L.
Klein
,
AIP Conf. Proc.
635
(
1
),
61
70
(
2002
).
11.
A. Y.
Faenov
,
T. A.
Pikuz
,
P.
Mabey
,
B.
Albertazzi
,
T.
Michel
,
G.
Rigon
,
S. A.
Pikuz
,
A.
Buzmakov
,
S.
Makarov
,
N.
Ozaki
,
T.
Matsuoka
,
K.
Katagiri
,
K.
Miyanishi
,
K.
Takahashi
,
K. A.
Tanaka
,
Y.
Inubushi
,
T.
Togashi
,
T.
Yabuuchi
,
M.
Yabashi
,
A.
Casner
,
R.
Kodama
, and
M.
Koenig
,
Sci. Rep.
8
(
1
),
16407
(
2018
).
12.
R.
Tommasini
,
J. A.
Koch
,
N.
Izumi
,
L. A.
Welser
,
R. C.
Mancini
,
J.
Delettrez
,
S.
Regan
, and
V.
Smalyuk
,
Rev. Sci. Instrum.
77
(
10
),
10e303
(
2006
).
13.
W.
Theobald
,
A. A.
Solodov
,
C.
Stoeckl
,
K. S.
Anderson
,
F. N.
Beg
,
R.
Epstein
,
G.
Fiksel
,
E. M.
Giraldez
,
V. Y.
Glebov
,
H.
Habara
,
S.
Ivancic
,
L. C.
Jarrott
,
F. J.
Marshall
,
G.
McKiernan
,
H. S.
McLean
,
C.
Mileham
,
P. M.
Nilson
,
P. K.
Patel
,
F.
Pérez
,
T. C.
Sangster
,
J. J.
Santos
,
H.
Sawada
,
A.
Shvydky
,
R. B.
Stephens
, and
M. S.
Wei
,
Nat. Commun.
5
,
5785
(
2014
).
14.
H.
Si
,
J.
Dong
,
Z.
Fang
,
L.
Jiang
,
S.
Yi
, and
Z.
Wang
,
Plasma Sci. Technol.
25
(
1
),
015601
(
2022
).
15.
I.
Uschmann
,
K.
Fujita
,
I.
Niki
,
R.
Butzbach
,
H.
Nishimura
,
J.
Funakura
,
M.
Nakai
,
E.
Förster
, and
K.
Mima
,
Appl. Opt.
39
(
31
),
5865
5871
(
2000
).
16.
H.
Sawada
,
T.
Daykin
,
H. S.
McLean
,
H.
Chen
,
P. K.
Patel
,
Y.
Ping
, and
F.
Pérez
,
Rev. Sci. Instrum.
88
(
6
),
063502
(
2017
).
17.
S. Z.
Yi
,
H. X.
Si
,
K.
Fang
,
Z.
Fang
,
J.
Wu
,
R.
Qi
,
X.
Yuan
,
Z.
Zhang
, and
Z. S.
Wang
,
J. Opt. Soc. Am. B
39
(
3
),
A61
A67
(
2022
).
18.
S. Z.
Yi
,
J. Q.
Dong
,
L.
Jiang
,
Q. S.
Huang
,
E. F.
Guo
, and
Z. S.
Wang
,
Matter Radiat. Extremes
7
(
1
),
015902
(
2022
).
19.
B.
Yaakobi
,
F. J.
Marshall
, and
D. K.
Bradley
,
Appl. Opt.
37
(
34
),
8074
8080
(
1998
).
20.
G.
Kyrala
,
D.
Martinson
,
P.
Polk
,
T.
Gravlin
,
M.
Schmitt
,
R.
Johnson
,
T.
Murphy
,
F.
Lopez
,
J.
Oertel
,
A.
House
,
R.
Wood
,
J.
Lee
, and
M.
Haugh
,
Proc SPIE
8850
,
88500P
(
2013
).
21.
I. L.
Tregillis
, “
(U) estimating the photonics budget, resolution, and signal requirements for a multi-monochromatic X-ray imager
,” in
Report No. LA-UR-16-27264
(
Los Alamos National Lab (LANL) and N. M. Los Alamos
,
USA
,
2016
).
22.
E.
Gallardo-Diaz
,
R. C.
Mancini
,
D. T.
Cliche
, and
R.
Tommasini
,
Rev. Sci. Instrum.
93
(
11
),
113525
(
2022
).
23.
S. Z.
Yi
,
F.
Zhang
,
Q.
Huang
,
L.
Wei
,
Y.
Gu
, and
Z. S.
Wang
,
High Power Laser Sci. Eng.
9
(
3
),
e42
(
2021
).
24.
N. F.
Brejnholt
,
T. A.
Decker
,
R. M.
Hill
,
H.
Chen
,
G. J.
Williams
,
J.
Park
,
J. B.
Alameda
,
M.
Fernández-Perea
,
M. J.
Pivovaroff
,
R.
Soufli
,
M. A.
Descalle
,
J.
Peebles
, and
S. M.
Kerr
,
Rev. Sci. Instrum.
86
(
1
),
013110
(
2015
).
25.
C.
Burcklen
,
J.
von der Linden
,
A.
Do
,
B.
Kozioziemski
,
M. A.
Descalle
, and
H.
Chen
,
Rev. Sci. Instrum.
92
(
3
),
035105
(
2021
).
26.
J. A.
Koch
,
T. W.
Barbee
,
N.
Izumi
,
R.
Tommasini
,
R. C.
Mancini
,
L. A.
Welser
, and
F. J.
Marshall
,
Rev. Sci. Instrum.
76
(
7
),
073708
(
2005
).
27.
L. A.
Welser
,
R. C.
Mancini
,
J. A.
Koch
,
S.
Dalhed
,
R. W.
Lee
,
I. E.
Golovkin
,
F.
Marshall
,
J.
Delettrez
, and
L.
Klein
,
Rev. Sci. Instrum.
74
(
3
),
1951
1953
(
2003
).
28.
H.
Sawada
,
Y.
Sentoku
,
T.
Yabuuchi
,
U.
Zastrau
,
E.
Förster
,
F. N.
Beg
,
H.
Chen
,
A. J.
Kemp
,
H. S.
McLean
,
P. K.
Patel
, and
Y.
Ping
,
Phys. Rev. Lett.
122
(
15
),
155002
(
2019
).
29.
F.
Hertlein
,
A.
Oehr
,
C.
Hoffmann
,
C.
Michaelsen
, and
J.
Wiesmann
,
Part. Part. Syst. Charact.
22
(
6
),
378
383
(
2005
).
30.
D. T.
Cliche
and
R. C.
Mancini
,
Appl. Opt.
58
(
17
),
4753
4761
(
2019
).
31.
M.
Kahnt
,
S.
Kalbfleisch
,
A.
Björling
,
E.
Malm
,
L.
Pickworth
, and
U.
Johansson
,
Opt. Express
30
(
23
),
42308
42322
(
2022
).
32.
H. X.
Si
,
L. Q.
Shan
,
H. Y.
Du
,
L.
Jiang
,
S. Z.
Yi
,
W. M.
Zhou
, and
Z. S.
Wang
,
Chin. Opt. Lett.
21
(
10
),
103401
(
2023
).
33.
O. L.
Landen
,
D. R.
Farley
,
S. G.
Glendinning
,
E. M.
Logory
,
P. M.
Bell
,
J. A.
Koch
,
F. D.
Lee
,
D. K.
Bradely
,
D. H.
Kalantar
,
C. A.
Back
, and
R. E.
Turner
, “
X-ray backlighting for the National Ignition Facility
,”
Rev. Sci. Instrum.
72
(
1
),
627
634
(
2001
).
34.
Y.
Liu
,
Q.
Huang
,
R.
Qi
,
L.
Xiao
,
Z.
Zhang
,
W.
Li
,
S.
Yi
, and
Z.
Wang
,
Mater. Res. Express
8
(
2
),
026401
(
2021
).
You do not currently have access to this content.