激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法与装置，属于共焦显微成像、原子力显微成像及激光惯性约束核聚变技术领域。本发明专利技术将激光差动共焦技术与原子力探针扫描探测技术结合，利用激光差动共焦技术对激光聚变靶丸表面和球心位置进行精密定焦获得靶丸外径，利用原子力探针对靶丸表面轮廓进行横向高分辨的扫描，通过激光差动共焦技术监测原子力探针的轴向位置从而实现对靶丸表面轮廓的高分辨探测，并进一步通过正交回转驱动技术对靶丸进行三维回转驱动获得靶丸的表面三维高度分布，实现核聚变靶丸表面轮廓的高分辨探测。本发明专利技术能够在激光惯性约束核聚变、高能物理和精密检测领域有广泛的应用前景。

Measuring Method and Device for Surface Profile of Laser Differential Confocal Atomic Force Nuclear Fusion Target

【技术实现步骤摘要】
激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法与装置
本专利技术属于共焦显微成像、原子力显微成像及激光惯性约束核聚变
，将激光差动共焦技术与原子力探针扫描探测技术结合，涉及一种激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法与装置，在激光惯性约束核聚变、高能物理和精密检测领域有广泛的应用前景。技术背景激光惯性约束核聚变(ICF)是人工模拟核爆和天体演化的重要手段，也是人类探索未来清洁能源的重要方向，因此具有十分重要科研和实用意义。激光惯性约束核聚变实验中，内部填充氘氚(DT)气体的空心激光聚变靶丸是其核心器件，多路激光同时对靶丸进行会聚向心压缩点火引发核爆，激光聚变靶丸的质量是决定激光聚变实验是否成功的关键。美国国家点火装置(NIF)进行的ICF试验失败的一个主要原因是点火过程中靶丸不对称压缩进而导致其中心压力和温度降低以及其内部氘氚(DT)燃料混合不均衡，靶丸表面的微小轮廓缺陷都有可能被放大产生不对称压缩进而导致点火失败，因此精确测量激光聚变靶丸的表面轮廓对于保证激光惯性约束核聚变实验的成功具有重要意义。目前国际上用于激光聚变靶丸表面轮廓参数测量的方法主要采用各类显微镜进行观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法，其特征在于：利用激光差动共焦技术对聚变靶丸(13)表面和球心位置进行精密定焦获得聚变靶丸(13)外径，利用原子力探针对聚变靶丸(13)表面轮廓进行横向高分辨的扫描，通过激光差动共焦技术监测原子力探针的轴向位置从而实现对聚变靶丸(13)表面轮廓的高分辨探测，并进一步通过正交回转驱动技术对聚变靶丸(13)进行三维回转驱动获得靶丸的表面三维高度分布，实现聚变靶丸(13)表面轮廓的高分辨探测，包括以下步骤：步骤一、光源系统(1)经过准直透镜(2)准直为平行光束，平行光束透过分光镜A(3)后由测量物镜(5)会聚为一点照射到原子力探针(21)背部并被反射回...

【技术特征摘要】
1.激光差动共焦原子力核聚变靶丸表面轮廓测量方法，其特征在于：利用激光差动共焦技术对聚变靶丸(13)表面和球心位置进行精密定焦获得聚变靶丸(13)外径，利用原子力探针对聚变靶丸(13)表面轮廓进行横向高分辨的扫描，通过激光差动共焦技术监测原子力探针的轴向位置从而实现对聚变靶丸(13)表面轮廓的高分辨探测，并进一步通过正交回转驱动技术对聚变靶丸(13)进行三维回转驱动获得靶丸的表面三维高度分布，实现聚变靶丸(13)表面轮廓的高分辨探测，包括以下步骤：步骤一、光源系统(1)经过准直透镜(2)准直为平行光束，平行光束透过分光镜A(3)后由测量物镜(5)会聚为一点照射到原子力探针(21)背部并被反射回光路中，反射光束透过测量物镜(5)后形成测量光束，测量光束被分光镜A(3)反射进入差动共焦探测系统(6)，在差动共焦探测系统(6)中光束经过会聚镜(7)会聚后被分光镜B(8)分为两束，分别透过位于会聚镜(7)焦点前的针孔A(9)和焦点后的针孔B(11)，并被分别位于针孔A(9)和针孔B(11)后的光电探测器A(10)和光电探测器B(12)接收；步骤二、使计算机(16)控制原子力探针驱动器(22)带动原子力探针(21)对聚变靶丸(13)进行轴向扫描，同时计算机(16)采集光电探测器A(10)和光电探测器B(12)接收到的光强信号并进行做差相减即得到差动共焦曲线(17)，通过差动共焦曲线(17)的线性区(23)对原子力探针(21)的轴向位置进行监测；步骤三、使计算机(16)检测原子力探针驱动器(22)的反馈信号，利用原子力探针(21)的接触力零位信号进行触发，采集记录光电探测器A(10)和光电探测器B(12)接收到的光强信号，并利用差动共焦曲线(17)的线性区(23)计算得到聚变靶丸(13)表面对应光轴位置的高度zo；步骤四、利用回转驱动系统(15)驱动聚变靶丸(13)进行水平回转一周，在聚变靶丸(13)水平圆周上的各个点位置重复步骤一致步骤三，依次获得聚变靶丸(13)水平面圆周的内外表面物理坐标点集合(zo)i；步骤五、利用正交回转系统(14)驱动聚变靶丸(13)进行步进正交回转驱动，每驱动一步重复步骤一致步骤四，依次获得聚变靶丸(13)的内外表面三维物理坐标点集合{[(zo)i]j}；步骤六、移除原子力探针驱动器(22)和原子力探针(21)，使计算机(16)控制物镜驱动系统(4)带动测量物镜(5)对聚变靶丸(13)进行轴向扫描，同时计算机(16)采集光电探测器A(10)和光电探测器B(12)接收到的光强信号，根据如下公式计算得到差动共焦曲线(17)，通过差动共焦曲线(17)的依次对聚变靶丸(13)的进行层析定焦，当测量光束会聚点分别与聚变靶丸(13)的内、外表面以及球心位置重合时，I(z,uM)的值为零，监测I(z,uM)的强度，依次记录I(z,uM)的过零点位置的z坐标Zo,Zi和Zc，即得到聚变靶丸(13)对应光轴方向的内、外表面测量点以及球心的轴向光学坐标Zo,Zi和Zc；其中I(z...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，王允，邱丽荣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11