集束装置终端光学组件成像系统及方法制造方法及图纸

集束装置终端光学组件成像系统及方法，涉及大口径光学元件在线成像系统设计领域，本发明专利技术的目的是为了解决目前对单束终端光学组件的成像检测速度慢的问题。光学组件由8个子束按口字型排列组成，成像物镜采集光学组件的像，将采集到的像输出至分光棱镜，第一组子束的像经过分光棱镜透射到对应的4块探测芯片上，同时第二组子束的像或者第三组子束的像经过分光棱镜反射到另外所述2块探测芯片上，将成像物镜、分光棱镜和图像探测器一同绕光轴顺时针线旋转90

【技术实现步骤摘要】
集束装置终端光学组件成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及大口径光学元件在线成像系统设计领域。

技术介绍

[0002]大型激光装置在进行惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)实验时，多束种子激光经过能量预放、整形、多程放大后在光路末端达到峰值，聚焦于真空靶室靶点，完成打靶实验。终端光学组件(Final Optics Assembly,FOA)位于整个光路的末端，由8块光学元件组成，因承受着非常高的激光能量，极易产生激光诱导损伤。这会导致元件自身性能变差，致使激光功率和能量水准不满足打靶需求，直接导致点火失败；同时损伤的存在使光束近场调制度增加，近场质量恶化，加大下游元件损伤风险；光学元件损伤过于严重会在实验中炸裂，飞溅的炸裂物污染整个靶室环境。导致严重实验事故，造成巨大经济损失；最后，终端光学元件价格异常昂贵，晶体加工周期漫长。综上所述，终端光学元件检测对保障装置负载能力、系统安全运行、提高激光打靶成功率、降低ICF实验的运行成本有着重要意义。
[0003]某工程集束装置启动，建设完成后将会成为世界上规模最大的高能量激光装置。集束装置较某激光主机装置在终端组件部分有了较大的改动。为了提高单束激光能量，单束终端光学组件由8个子束按“口”字型排列组成，且光学元件间距很小，仅有2mm。以上变动导致需要检测的光学元件数量激增为主机装置的8倍，如果依旧采用主机装置对每块光学元件依次成像方式，即使各环节以最快速度运动，完成集束装置终端元件的检测也需要10小时以上，检测耗时过长。如果对8个子束全口径成像，成像的实际范围约2.2m，在保证分辨率的情况下，需要像素1.83万
×
1.83万个像素点，目前没有可以满足数量级的CCD像面，定制成本过高。如果采用8阵列CCD对应8个光学元件在同一平面成像的方式，由于8块光学元件之间的间距过小，CCD封装和外围电路板所占空间较大，CCD无法在同一像面排布开，无法在同一个平面收集8个像。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决目前对单束终端光学组件的成像检测速度慢的问题，提出了集束装置终端光学组件成像系统及方法。
[0005]集束装置终端光学组件成像系统，所述系统包括成像物镜1、分光棱镜2和图像探测器3，
[0006]光学组件由8个子束按口字型排列组成，8个子束分别排布在口字型的4个顶点位置、口字型的上下边上、口字型的左右边上；其中排布在口字型的4个顶点位置的4个子束为第一组子束；排布在口字型的上下边上的2个子束为第二组子束；排布在口字型的左右边上的2个子束为第三组子束；
[0007]光学组件、成像物镜1、分光棱镜2和图像探测器3依次同轴排列；
[0008]图像探测器3包括6块探测芯片3
‑
1；
[0009]4块探测芯片3
‑
1与第一组子束内的4个子束位置相对，另外2块探测芯片3
‑
1与4块探测芯片3
‑
1垂直，且另外2块探测芯片3
‑
1相对设置，
[0010]成像物镜1采集光学组件的像，将采集到的像输出至分光棱镜2，第一组子束的像经过分光棱镜2透射到对应的4块探测芯片3
‑
1上，同时第二组子束的像或者第三组子束的像经过分光棱镜2反射到另外所述2块探测芯片3
‑
1上，
[0011]将成像物镜1、分光棱镜2和图像探测器3一同绕光轴顺时针线旋转90
°
后，第三组子束的像或者第二组子束的像经过分光棱镜2反射到所述另外2块探测芯片3
‑
1上，图像探测器3完成对8个子束图像的全部采集。
[0012]优选地，分光棱镜2包括2个三棱柱2
‑
1和1个梯形台2
‑
2；
[0013]2个三棱柱2
‑
1的结构均相同，2个三棱柱2
‑
1分别粘贴在梯形台2
‑
2的两边，2个三棱柱2
‑
1和1个梯形台2
‑
2粘贴成长方体结构；
[0014]在每个三棱柱2
‑
1与梯形台2
‑
2的粘贴位置各镀一半反射膜和一半透射膜；
[0015]当两个粘贴位置与第二组子束内的2个子束的位置相对时，第一组子束的像经过分光棱镜2上的透射膜透射到对应的4块探测芯片3
‑
1上，同时第二组子束中的2个子束的像各经过分光棱镜2上的1个反射膜反射到另外2块探测芯片3
‑
1上，将成像物镜1、分光棱镜2和图像探测器3一同绕光轴顺时针线旋转90
°
后，两个粘贴位置与第三组子束内的2个子束的位置相对，第三组子中的2个子束的像各经过分光棱镜2上的1个反射膜反射到另外2块探测芯片3
‑
1上，图像探测器3完成对8个口字型子束图像的全部采集；
[0016]当两个粘贴位置与第三组子束内的2个子束的位置相对时，第一组子束的像经过分光棱镜2上的透射膜透射到对应的4块探测芯片3
‑
1上，同时第三组子束中的2个子束的像各经过分光棱镜2上的1个反射膜反射到另外2块探测芯片3
‑
1上，将成像物镜1、分光棱镜2和图像探测器3一同绕光轴顺时针线旋转90
°
后，两个粘贴位置与第二组子束内的2个子束的位置相对，第二组子中的2个子束的像各经过分光棱镜2上的1个反射膜反射到另外2块探测芯片3
‑
1上，图像探测器3完成对8个子束图像的全部采集。
[0017]优选地，图像探测器3还包括筒形壳体，
[0018]所述系统还包括环形连接件，
[0019]在筒形壳体的底部开设4个孔，且所述4个孔以筒形壳体的轴线为中心均匀开设，在筒形壳体的侧壁上对称开设2个孔，每个孔中嵌入一块探测芯片3
‑
1，
[0020]环形连接件的环面与筒形壳体连接，成像物镜1从环形连接件内环伸入到筒形壳体内部，与筒形壳体内部的分光棱镜2连接，成像物镜1的外壁与环形连接件的内环壁连接。
[0021]优选地，图像探测器3采用立体阵列CCD相机实现，6块探测芯片3
‑
1为6块CCD芯片。
[0022]根据集束装置终端光学组件成像系统实现的成像方法，所述方法包括以下步骤：
[0023]步骤1、控制模块控制六自由度机械手臂抓取调整成像物镜1、图像探测器3和分光棱镜2，将成像物镜1、图像探测器3和分光棱镜2送入真空靶室中心；
[0024]步骤2、对成像物镜1进行调焦、对焦，使成像物镜1对准第一组光学组件；
[0025]步骤3、开启第一组光学组件上的照明光源后，成像物镜1采集到第一组子束和第二组子束或者第三组子束的像，将该像输出至分光棱镜2；
[0026]步骤4、第一组子束的像经过分光棱镜2透射到对应的4块探测芯片3
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.集束装置终端光学组件成像系统，其特征在于，所述系统包括成像物镜(1)、分光棱镜(2)和图像探测器(3)，光学组件由8个子束按口字型排列组成，8个子束分别排布在口字型的4个顶点位置、口字型的上下边上、口字型的左右边上；其中排布在口字型的4个顶点位置的4个子束为第一组子束；排布在口字型的上下边上的2个子束为第二组子束；排布在口字型的左右边上的2个子束为第三组子束；光学组件、成像物镜(1)、分光棱镜(2)和图像探测器(3)依次同轴排列；图像探测器(3)包括6块探测芯片(3
‑
1)；4块探测芯片(3
‑
1)与第一组子束内的4个子束位置相对，另外2块探测芯片(3
‑
1)与4块探测芯片(3
‑
1)垂直，且另外2块探测芯片(3
‑
1)相对设置，成像物镜(1)采集光学组件的像，将采集到的像输出至分光棱镜(2)，第一组子束的像经过分光棱镜(2)透射到对应的4块探测芯片(3
‑
1)上，同时第二组子束的像或者第三组子束的像经过分光棱镜(2)反射到另外所述2块探测芯片(3
‑
1)上，将成像物镜(1)、分光棱镜(2)和图像探测器(3)一同绕光轴顺时针线旋转90
°
后，第三组子束的像或者第二组子束的像经过分光棱镜(2)反射到所述另外2块探测芯片(3
‑
1)上，图像探测器(3)完成对8个子束图像的全部采集。2.根据权利要求1所述的集束装置终端光学组件成像系统，其特征在于，分光棱镜(2)包括2个三棱柱(2
‑
1)和1个梯形台(2
‑
2)；2个三棱柱(2
‑
1)的结构均相同，2个三棱柱(2
‑
1)分别粘贴在梯形台(2
‑
2)的两边，2个三棱柱(2
‑
1)和1个梯形台(2
‑
2)粘贴成长方体结构；在每个三棱柱(2
‑
1)与梯形台(2
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2)的粘贴位置各镀一半反射膜和一半透射膜；当两个粘贴位置与第二组子束内的2个子束的位置相对时，第一组子束的像经过分光棱镜(2)上的透射膜透射到对应的4块探测芯片(3
‑
1)上，同时第二组子束中的2个子束的像各经过分光棱镜(2)上的1个反射膜反射到另外2块探测芯片(3
‑
1)上，将成像物镜(1)、分光棱镜(2)和图像探测器(3)一同绕光轴顺时针线旋转90
°
后，两个粘贴位置与第三组子束内的2个子束的位置相对，第三组子中的2个子束的像各经过分光棱镜(2)上的1个反射膜反射到另外2块探测芯片(3
‑
1)上，图像探测器(3)完成对8个子束图像的全部采集；当两个粘贴位置与第三组子束内的2个子束的位置相对时，第一组子束的像经过分光棱镜(2)上的透射膜透射到对应的4块探测芯片(3
‑
1)上，同时第三组子束中的2个子束的像各经过分光棱镜(2)上的1个反射膜反射到另外2块探测芯片(3
‑
1)上，将成像物镜(1)、分光棱镜(2)和图像探测器(3)一同绕光轴顺时针线旋转90
°
后，两个粘贴位置与第二组子束内的2个子束的位置相对，第二组子中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：路程，刘国栋，韩越越，刘炳国，陈凤东，甘雨，卢丙辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：