万向点光源模拟系统技术方案

本发明专利技术提供了一种万向点光源模拟系统，以克服现有模拟系统标定效率低且标定精度低的缺陷。该系统包括激光器、铰链反射镜、DIM和万向光束模拟头。铰链反射镜设置在激光器的输出光路上，DIM设置在铰链反射镜的反射光路上，铰链反射镜的反射光可通过DIM尾端的真空密封窗进入DIM；DIM的前部伸入靶室内，DIM的前端与所述万向光束模拟头固定连接；DIM上依次设置有第一准直孔、第一监测相机、第二准直孔和第二监测相机，其中第二准直孔靠近所述万向光束模拟头。本发明专利技术所提供的模拟系统可在激光聚变靶室内模拟从靶点发出的、不同方向的各路背向散射光束，为各路背向散射测量系统的标定提供输入光源。

【技术实现步骤摘要】
万向点光源模拟系统
本专利技术涉及一种点光源模拟系统，尤其涉及一种万向点光源模拟系统。
技术介绍
激光核聚变是目前普遍采用的一种人工可控核聚变，它在民用和军事上都具有十分重大的研究意义：为人类提供一种取之不尽的清洁核能源；用来研制无放射污染的核武器、发展高能激光武器；部分替代核实验。因此，激光核聚变受到世界各核大国的高度重视，从20世纪70年代后半叶开始，俄、美、日、法、中、英等国相继开始高功率激光驱动器的研制。美国在此领域的研究处于领先地位，并于2009年正式建成包含192路的超大型激光驱动装置“NIF”；法国正在建设的MLF包含240路激光；日本也在酝酿建造大型激光驱动器，并计划在2015-2020年间完成可应用于发电的基础技术研究。中国也建立了一系列的激光驱动装置(星光系列、神光系列等)，2015年完成建设的国内最大的激光驱动装置“神光－Ⅲ”包含48路激光。然而，美国NIF在2010年的点火并不顺利，这在世界范围引起了较大的震惊。针对NIF随后的研究发现，激光的背向散射和聚变燃料的瑞利-泰勒不稳定性是问题的根源。在背向散射方面，美国有关方认为在Omega等其它激光聚变装置上已经进行了透彻的研究、清楚了激光打靶的物理过程，因而对NIF装置的背向散射研究重视不足。国内对背向散射的研究起步也较早，并取得了大量的研究成果，但我们必须吸取美国NIF的教训，高度重视背向散射光的研究。2013年国内紧急启动了基于神光-Ⅲ主机的背向散射光研究项目，共建设8套背向散射测量系统，覆盖激光的四个打靶环角，且每个角度选取2路，形成环-环相互对比、同环相互验证的庞大的、系统性的测量系统。但是，系统还需要标定后才能使用。因为从靶点发出的背向散射光在经过一系列光学元件到达探测器过程中，每个光学元件对背向散射光都有一定程度的衰减，而衰减系数因波长而异；探测器上的测量值如何反映待测值是一个关键问题。国际上，一般通过对实验前的测量系统进行标定，获得测量值与待测值之间的定量关系，以便由实验值推算待测值。标定的焦点问题是如何模拟从靶点发出的、具有特定圆锥角的点光源。美国在标定时采用的是抽样标定的思路：即选用一台点激光器，模拟从靶点发出的某一根光线，使之通过待标系统，得到单点透过率；改变光线方向，获得光学系统口径内多点的标定数据，进而综合得到系统的光谱透过率。这种标定方法的优点是：对标定光源要求很低，只需选择一台波长合适、工作稳定的小激光器即可。缺点是：存在以点盖面的缺陷，标定的不确定度大；另外，每套系统需要单独搭建标定光源，耗时耗力。国内神光-Ⅲ原型的标定系统借鉴了美国的标定方法，只不过它采用的是一个体积庞大、具有电源箱、水冷箱的激光器，移动不便。因此只能将其光束引向球形真空靶室的靶点，在靶室内架设反射镜控制光束方向，以进行单点标定。上述方案的实施得益于原型装置真空靶室直径小(2.4m)，人员站立其内能够轻松操作。而神光-Ⅲ主机的靶室直径达6m，虽有设备输送平台，但人员需要进入真空靶室进行高空调试作业，危险且耗时；况且这种抽样标定的不确定因素较大。如果待测光路规模庞大，则这种方法的效率极低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种标定效率高、标定精度高的万向点光源模拟系统，该系统可在激光聚变靶室内模拟从靶点发出的、不同方向的各路背向散射光束，为各路背向散射测量系统的标定提供输入光源。本专利技术的技术方案是所提供的万向点光源模拟系统包括激光器、铰链反射镜和DIM。其特殊之处在于还包括万向光束模拟头。铰链反射镜设置在激光器的输出光路上；DIM设置在铰链反射镜的反射光路上，铰链反射镜的反射光可通过DIM尾端真空密封窗进入DIM；DIM的前部伸入靶室内，DIM的前端与所述万向光束模拟头固定连接；DIM上依次设置有第一准直孔、第一监测相机、第二准直孔和第二监测相机，其中第二准直孔靠近所述万向光束模拟头；上述万向光束模拟头包括第一旋转关节和第二旋转关节。第一旋转关节的旋转轴和第二旋转关节的旋转轴的轴线正交，第一旋转关节旋转轴和第二旋转关节旋转轴的轴线的交汇处为模拟靶点。第一旋转关节的旋转轴的轴线与经第一准直孔和第二准直孔准直后的输入光的光路重合，第一旋转关节可带动整个万向光束模拟头旋转；万向光束模拟头的输入光的光路上设置有第一五棱镜；第一五棱镜的出射光路上设置有第一直角棱镜；第一直角棱镜的出射光路上设置有第二五棱镜；第二五棱镜的出射光路上设置有第二直角棱镜；第二直角棱镜的出射光路上设置有第三直角棱镜；第三直角棱镜的出射光路上设置有第四直角棱镜；第四直角棱镜的出射光路上设置有可通过电机切换的第一光束模拟镜头和第二光束模拟镜头，其中第二光束模拟镜头上胶合有遮挡片；第二旋转关节位于第二五棱镜和第二直角棱镜之间，且第二旋转关节的旋转轴的轴线与第二五棱镜的出射光路重合。第一五棱镜的两侧均设置有瞄准相机。上述万向点光源模拟系统还包括铰链分束镜、监测反射镜和监测功率计；所述铰链分束镜设置在激光器的输出光路上，且保证铰链分束镜的反射光为所述铰链反射镜的入射光，监测反射镜设置在铰链分束镜的透射光路上，监测功率计设置在监测反射镜的反射光路上。本专利技术通过设置铰链分束镜将激光器的输出光分为两路，其中的透射光经监测反射镜进入监测功率计以监视激光器是否稳定运行，其中的反射光经铰链反射镜进入DIM。本专利技术的优点是：(1)简化使用前的准备工作本专利技术的两个准直孔与万向光束模拟头一体化，使用时只需利用DIM(公共诊断搭载平台)将万向光束模拟头送入靶室，依靠第一五棱镜两侧的瞄准相机实现自动定位，简化了使用前的准备工作。(2)易调试本专利技术在旋转关节的旋转轴处设置五棱镜可保证光路无偏差运动，极大的降低了模拟系统的调试难度。(3)标定效率高在对多个系统进行标定时，本专利技术的万向光束模拟头可实现模拟光束的自动转向，瞬间完成在待标定系统间的切换。本专利技术的模拟光束的自动转向功能在大规模背向散射测量系统标定中表现出的效率优势更为显著。(4)标定精度高本专利技术将模拟靶点设置在两个旋转关节旋转轴的交点处，保证了在旋转关节转动时模拟靶点的位置不变；在第二光束模拟镜头上胶合遮挡片，无需其它支撑结构，不遮挡有效光束，且第二光束模拟镜头远离激光器，受激光衍射影响小，易于获得轮廓清晰的环形中空锥光束；在第一五棱镜的两侧均设置有瞄准相机，采用这种双目瞄准镜头方式，瞄准的中心与模拟靶点重合，通过双目瞄准镜头的放大成像以及双目瞄准镜头的立体定位功能，能实现10μm的定位精度，以保证模拟靶点位置的准确性；标定时采用模拟的大光束，避免了原来的多点标定所存在的以点盖面的缺陷，数据准确度更高。附图说明图1为本专利技术的万向点光源模拟系统结构示意图；图2为本专利技术的万向光束模拟头中光路示意图；图3为本专利技术模拟全孔径背向光束的原理示意图；图4为本专利技术模拟近背向光束的原理示意图。其中：1-激光器；2-铰链分束镜；3-铰链反射镜；4-监测反射镜；5-监测功率计；6-真空密封窗；7-第一准直孔；8-第一监测相机；9-第二准直孔；10-第二监测相机；11-万向光束模拟头；12-DIM；13-靶室；1101-第一五棱镜；1102-第一直角棱镜；1103-第二五棱镜；1104-第二直角棱镜；1105-第三直角棱镜；1106-第四直角棱镜；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
万向点光源模拟系统，包括激光器、铰链反射镜和DIM；其特征在于：还包括万向光束模拟头；所述铰链反射镜设置在激光器的输出光路上；所述DIM设置在铰链反射镜的反射光路上，铰链反射镜的反射光可通过DIM尾端的真空密封窗进入DIM；DIM的前部伸入靶室内，DIM的前端与所述万向光束模拟头固定连接；DIM上依次设置有第一准直孔、第一监测相机、第二准直孔和第二监测相机，其中第二准直孔靠近所述万向光束模拟头。

【技术特征摘要】
1.万向点光源模拟系统，包括激光器、铰链反射镜和DIM；其特征在于：还包括万向光束模拟头；所述铰链反射镜设置在激光器的输出光路上；所述DIM设置在铰链反射镜的反射光路上，铰链反射镜的反射光可通过DIM尾端的真空密封窗进入DIM；DIM的前部伸入靶室内，DIM的前端与所述万向光束模拟头固定连接；DIM上依次设置有第一准直孔、第一监测相机、第二准直孔和第二监测相机，其中第二准直孔靠近所述万向光束模拟头；所述万向光束模拟头包括第一旋转关节和第二旋转关节；所述第一旋转关节的旋转轴和第二旋转关节的旋转轴正交；所述第一旋转关节旋转轴和第二旋转关节旋转轴的轴线交汇处为模拟靶点；所述第一旋转关节的旋转轴的轴线与经第一准直孔和第二准直孔准直路径后的输入光的光路重合，第一旋转关节可带动整个万向光束模拟头旋转；所述输入光的光路上设置有第一五棱镜；第一五棱镜的出射光路上设置有第一直角棱镜；第一直角棱镜的出...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫亚东，何俊华，王峰，许瑞华，李奇，徐涛，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61