脉冲伽马射线时间谱测量是脉冲辐射场诊断的重要组成部分,也是分析和研究脉冲辐射源时间特性和动态物理过程的核心数据。对于激光惯性约束核聚变(ICF)装置、自由电子激光、同步辐射光源、逆康普顿散射伽马源以及激光等离子体射线源等超快脉冲伽马射线源及其辐射场,要求时间谱探测系统具备100ps甚至ps量级的时间分辨。受限于空间电荷效应和同轴电缆的低传输带宽,传统的电流型探测系统难以实现100ps以下的时间响应,因此,将脉冲伽马射线转换为光信号,是探索和发展新型超快脉冲伽马射线探测方法的重要途径。本课题立足超快脉冲辐射场诊断需求,探索并开展了有关脉冲伽马射线时间谱探测的新方法研究,系统地研究了新方法建立、可行性论证、技术路线的设计与实现、探测系统主要物理量评估、方法的创新应用等五个关键问题。论文详细研究了 CH3NH3PbC13晶体及其不同卤素离子掺杂的新型钙钛矿晶体的闪烁发光特性,并首先将其应用到超快脉冲伽马射线时间谱诊断中。通过改进晶体制备工艺,获得了大尺寸、高透明度的CH3NH3PbC13及其掺杂晶体,表征了实验样品的主要材料特性;分析研究了钙钛矿晶体在激光和X射线激发下的常温与低温不同光谱特性,据此发现了不同发光成分的物理规律及其对发光衰减时间的影响;采用单光子计数方法在常温和低温下研究了样品的闪烁发光时间波形,得到了不同样品的发光时间参数,所有样品闪烁发光上升时间均小于100ps;利用像传递原理建立了一套具备荧光延迟功能的闪烁探测系统,分别利用ps级激光和脉冲伽马作为δ脉冲研究了系统的时间响应特性,得到波形上升沿为458.7ps,波形脉宽710ps,若利用条纹相机记录光脉冲则系统有望实现100ps以下的时间分辨。首次提出并研究了一种基于半导体激光器的超快脉冲伽马射线探测方法,实现了脉冲伽马射线向激光信号的保真转换。理论上,采用蒙特卡洛方法数值模拟了伽马射线在半导体激光器有源区产生的过剩载流子数密度,借助载流子速率方程,建立了过剩载流子数密度与激光输出功率之间的函数关系及系统灵敏度的表达式,分析评估了原理型系统的时间响应(<10ps)和伽马探测本征灵敏度(6.72×10-21C·cm2);建立了一套基于AlGaInP/GaInP多量子阱激光器的原理型探测系统,实验证明了该方法测量脉冲伽马射线时间谱的可行性,利用“强光一号”加速器研究了系统对MeV级强流伽马射线的脉冲响应特性,并配合标准探测器完成了系统脉冲伽马射线探测灵敏度的实验估计,实验结论及灵敏度数值(本征灵敏度约1.27×10-22C·cm2)与理论预测结果符合良好;采用ps级脉冲伽马射线源开展了系统时间响应能力评估的初步实验,受限于光电转换器件测量带宽实验结果无法反映系统的实际时间响应能力。利用半导体折射率瞬态辐射效应与激光菲涅尔原理,首次提出并证明了一种基于激光偏振调制的脉冲伽马射线时间谱探测方法。根据脉冲伽马射线与半导体相互作用机制,依次研究了脉冲伽马射线与自由载流子、载流子浓度与晶体折射率之间的制约关系,利用菲涅尔公式建立了半导体折射率改变量与激光各偏振分量的函数关系,给出了系统灵敏度一般表达式;以He-Ne激光为探针光设计建立了一套原理型探测系统,分别将透射光垂直偏振分量和反射光水平偏振分量作为待调制量实现了方法可行性的验证目标;设计建立了一套基于Nd:YAG固体激光器的腔内调制系统,研究探索了腔内调制方式用于测量脉冲伽马射线时间谱的可行性及其特殊性,实验估计的系统灵敏度约为5.34×10-17C.cm2,说明该方法可以满足低强度脉冲伽马射线时间谱的测量需求。最后,作为本文新型“辐射-光”探测方法在其他领域的应用探索,我们首先提出并研究了一种全新的激光-X射线联袂通讯技术。分析讨论了联袂通信系统的工作原理、系统构成及关键技术环节,并针对各个关键问题分步开展了实验研究;设计研制了一套基于光阴极直流电子枪的高重频脉冲X射线源,其中电子枪实现了 2MHz重频、50pC脉冲电荷量、2mm束斑直径的电子束流输出,利用W靶实现了 100keV以下的低能X射线输出;建立了一套激光-X射线联袂通信原理型系统,利用钙钛矿晶体构成的闪烁探测系统完成了该通信技术的原理性实验,展示了该通讯技术实现信号通信的一般方式。本文兼顾“辐射→荧光”与“辐射→激光”两种信号转换思路,首次提出并分别研究了三种新型脉冲伽马射线时间谱探测方法,理论和实验均证明了方法的可行性,利用光学条纹相机测量和记录光脉冲信号,则有望实现ICF聚变装置与逆康普顿散射源等超快伽马射线时间谱的测量目标,而激光-X射线联袂通讯技术的提出为实现空间联合保密通信等应用需求提供了技术支撑,也为无线通信领域实现了有益的技术补充。