一种紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统及方法，其中，ICF靶丸表征系统包括干涉检测光路和背光投影检测光路，具体包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、第一准直镜、第二准直镜、第三准直镜、非偏振分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、待测靶丸、第一二向色镜、第二二向色镜、第一偏振分束镜、第二偏振分束镜、监控相机、LED、成像镜、线偏振片、CCD图像传感器和电脑。利用本发明专利技术，可以实现ICF靶丸的在线表征。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统及方法
本专利技术属于光学精密测量
，尤其是涉及一种紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统及方法。
技术介绍
惯性约束核聚变(ICF)是实现可控核聚变的主流方案之一，在核聚变研究中具有重大意义。作为其核心的靶丸是一个由球壳、冰层及燃料气体等组成的多层球形。对该靶丸表征关键的一步，就是确定靶丸各层的折射率与厚度。针对靶丸各层的表征，国内外学者进行了大量的研究。中国工程物理研究院激光聚变研究中心使用的X射线照相法(WangK,LeiH,LiJ,etal.CharacterizationofinertialconfinementfusiontargetsusingX-rayphasecontrastimaging[J].(OpticsCommunications,2014,VOL.332:P9～13.))可以在不被各层折射率干扰下直接测得各层的厚度，但是却没办法获取各层的折射率。且因为X射线照相法需要花费数分钟来曝光，也更容易受到环境的干扰。美国通用原子中心使用折射率液匹配法(AlfonsoEL,Clark本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，包括干涉检测光路和背光投影检测光路，其特征在于：/n所述干涉检测光路的光源包括第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)；干涉检测光路中，第一激光器(1)发出的激光依次经过第一准直镜(4)、第四反射镜(11)、第一二向色镜(13)和第二二向色镜(14)，第二激光器(2)发出的激光依次经过第二准直镜(5)、第一二向色镜(13)和第二二向色镜(14)，第三激光器(3)发出的激光依次经过第三准直镜(6)和第二二向色镜(14)，三个激光器发出的激光在经过第二二向色镜(14)后实现共路；共路的光经过第一偏振分束镜(15)后分为两束，透射的一束经过非偏振...

【技术特征摘要】
1.一种紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，包括干涉检测光路和背光投影检测光路，其特征在于：
所述干涉检测光路的光源包括第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)；干涉检测光路中，第一激光器(1)发出的激光依次经过第一准直镜(4)、第四反射镜(11)、第一二向色镜(13)和第二二向色镜(14)，第二激光器(2)发出的激光依次经过第二准直镜(5)、第一二向色镜(13)和第二二向色镜(14)，第三激光器(3)发出的激光依次经过第三准直镜(6)和第二二向色镜(14)，三个激光器发出的激光在经过第二二向色镜(14)后实现共路；共路的光经过第一偏振分束镜(15)后分为两束，透射的一束经过非偏振分束镜(7)后反射，通过待测靶丸(12)，并射入第二偏振分束镜(16)；反射的一束经过第三反射镜(10)反射后，同样射入第二偏振分束镜(16)，两路光经过第二偏振分束镜(16)合束后，经过成像镜(19)被第二反射镜(9)反射并穿过线偏振片(20)后，成像到CCD图像传感器(21)上；
所述背光投影检测光路的光源为LED(18)，背光投影检测光路中，LED(18)发出的准直光束经过非偏振分束镜(7)后分为两束：一束出射到系统之外；一束穿过待测靶丸(12)后，再依次穿过第二偏振分束镜(16)和成像镜(19)，被第二反射镜(9)反射并穿过线偏振片(20)，在CCD图像传感器(21)上成像；
所述的CCD图像传感器(21)与电脑(22)连接，用于获取干涉检测光路产生的干涉图和背光投影检测光路产生的背光投影图。


2.根据权利要求1所述的紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，其特征在于，还包括监控相机(17)，用于在将待测靶丸(12)插入系统时，对输送待测靶丸(12)的送靶装置进行观测。


3.根据权利要求1所述的紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，其特征在于，第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)均为单模光纤激光器，波长分别为1064nm，785nm，532nm。


4.根据权利要求3所述的紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，其特征在于，所述第一二向色镜(13)的透射带为932-1300nm，反射带为400-872nm，所述第二二向色镜(14)的透射带为400-633nm，反射带长为685-1600nm。


5.根据权利要求1所述的紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，其特征在于，所述的线偏振片(20)根据不同透光率的靶丸进行旋转；所述的成像镜(19)采用10倍放大的超长波段消色差的显微物镜；所述的CCD图像传感器(21)采用18.128×13.596mm的大像面及5.5μm的像素尺寸。


6.根据权利要求1所述的紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，其特征在于，第一激光器(1)、第二激光器(2)、第三激光器(3)和LED(18)这四个光源同时只能打开一个；
获取干涉图时，待测靶丸(12)的后表面、成像镜(19)、CCD图像传感器(21)三者的设置距离满足成像共轭关系；获取背光投影图时，使待测靶丸(12)的纵向截面、成像镜(19)、CCD图像传感器(21)三者的设置距离满足成像共轭关系。


7.一种ICF靶丸表征方法，其特征在于，采用权利要求1～7任一所述的紧凑、三波长的ICF靶丸表征系统，包括以下步骤：
(1)搭建ICF靶丸表征系统；
(2)在开始干涉检测和背光投影测试之前，利用送靶装置将靶丸插入系统，并且准确地定位在物像共轭位置；
(3)当靶丸定位完成后，分别打开LED(18)、第一激光器(1)、第二激光器(2)和第三激光器(3)，采集背光投影图和三个波长的干涉图；
(4)根据两个光路结构所采集到背光投影图和干涉图，通过以下求解以下公式，从而求得靶丸的折射率与厚度：



式中，前三式描述了通过靶丸的光的光程差信息，x1，x2分别为两条光线的入射高度，其所对应的出射光线高度分别为r1，r2，而Δx1，Δx2分别为光线经过靶丸偏折的高度；OPL表示对应光线经过靶丸的光程，OPD为两条光线的光程差；后三式描述了通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，严天亮，张鹄翔，胡晓波，卢岸，臧仲明，陈楠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33