本发明专利技术公开了一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪及方法，包括：脉冲光源及目标靶系统、一级成像系统、干涉成像系统，利用两片分束片来实现干涉的新型干涉方法，具有光路搭建方便且紧凑的优点，在调节干涉条纹的间距，干涉视场的大小以及干涉条纹的方向的可操作性上有巨大优势。作性上有巨大优势。作性上有巨大优势。
【技术实现步骤摘要】
一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪及方法
[0001]本专利技术涉及一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪及方法，属于激光等离子体的相位测量诊断领域。
技术介绍
[0002]冕区电子密度的诊断对于深入研究实验室天体物理、惯性约束聚变、Z箍缩等离子体等起着重要的作用。干涉仪作为一种最普遍的相位测量方法，在冕区等离子体电子密度的测量中有着广泛的应用。诊断光穿过等离子体后携带等离子体的相位，在记录介质处与另一束参考光进行干涉得到干涉图。通过对干涉图求解可以得到等离子体的相位，进而能够得到冕区等离子体的二维电子密度。
[0003]目前存在的几种光学干涉仪，主要有马赫曾德尔干涉仪，迈克尔逊干涉仪以及Nomarski干涉仪。其中马赫曾德尔干涉仪与迈克尔逊干涉仪在光路的搭建上不够方便与紧凑，对于等离子体的相位测量，往往需要在复杂的实验现场环境搭建，光路排布的不紧凑对于实验现场诊断光路的搭建十分的不友好。
[0004]目前应用于等离子体相位测量的干涉仪主要为Nomarski干涉仪，在光路的搭建上较为紧凑，一般利用双棱镜或沃拉斯顿棱镜实现光束的干涉。虽然Nomarski干涉仪的紧凑特性对光路的搭建提供了一定的便利性，但其与马赫曾德尔干涉仪和迈克尔逊干涉仪一样，它们的干涉条纹间距与干涉视场的大小无法独立灵活可调，在调节干涉条纹的间距时会使得干涉视场的大小也发生变化，同时光路搭建完成之后干涉视场的大小也固定下来，想要进行调节就需要更换光路中的元件，例如更换不同楔角的双棱镜或不同分离角度的沃拉斯顿棱镜。而在具体的等离子体相位诊断实验中，干涉条纹的间距决定了干涉条纹的对比度与干涉测量相位的灵敏度，而干涉视场则决定了诊断的视场，这需要针对不同的电子密度与其分布进行及时的调节。目前存在的干涉仪在干涉条纹间距与干涉视场的灵活调节性上存在着一定的缺陷。同时针对于不同的干涉仪使用场景而言，干涉条纹的取向也需要应对不同的应用场景而发生改变，对于目前使用的干涉仪，如果需要更改干涉条纹的方向，则需要对干涉元件进行旋转，这对于非圆形的干涉元件，比如双棱镜而言，带来了一定的困难。
[0005]以上所述的这些缺点对于光路的调节十分的不友好，极大的限制了干涉仪的使用场景，增大了干涉仪在搭建与使用上的难度。
技术实现思路
[0006]本专利技术的技术解决问题：针对于目前存在的等离子体相位干涉仪搭建不紧凑，同时光路固化之后，干涉条纹的间距，干涉条纹的方向与干涉视场无法独立灵活可调的困难。一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪及方法，具有光路搭建简单且紧凑的特性，同时具有干涉条纹的间距与干涉视场的大小独立灵活可调、干涉条纹方向可灵活调节的优点。
[0007]本专利技术技术解决方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪，包括：脉冲光源及目标靶系统100、一级成像系统200、干涉成像系统300；脉冲光源及目标靶系统100产生携带等离子体信息的信号光入射到一级成像系统200；一级成像系统200接收携带等离子体信息的信号光，对其中的等离子体的像进行成像，得到一级像面处的像，实现像传递，并导入到干涉成像系统300中；所述干涉成像系统300中，一级像面处的像依次经过第三透镜6，第一分束片7，第二分束片8，第四透镜9后，在门控相机10的光阴极上实现干涉图像；其中利用紧邻的两片分束片作为干涉元件，即第一分束片7和第二分束片8作为干涉元件，实现干涉条纹的间距、干涉条纹的方向与干涉视场的大小独立灵活可调，调节干涉元件的离焦量能够调节干涉条纹的间距，调节第一分束片7与第二分束片8的角度能够调节干涉视场的大小与干涉条纹的方向。
[0009]进一步，所述干涉成像系统300中，调节干涉元件的离焦量能够调节干涉条纹间距，调节第一分束片7与第二分束片8的角度能够调节干涉视场的大小与干涉条纹的方向的具体实现为：
[0010]如果改变第一分束片7与第二分束片8的中心距离第三透镜6的傅里叶面的距离d，即调节干涉元件的离焦量，则在不改变干涉视场y大小的情况下，完成对干涉条纹的间距s的改变；
[0011]如果改变干涉视场y的大小，则改变第一分束片7与第二分束片8的角度θ，同时改变所述距离d，在不改变干涉条纹间距s的情况下，完成对干涉视场y的大小的调节；
[0012]如果改变干涉条纹的方向，只改变所述角度θ在x或y方向分量的大小，完成对干涉条纹的方向的调节。
[0013]进一步，所述一级成像系统200由第一透镜3、第二透镜4和二维狭缝5组成；第一透镜3、第二透镜4、二维狭缝5依次光路连接；信号光依次经过第一透镜3、第二透镜4和二维狭缝5后，经过第三透镜6入射到干涉成像系统300；第一透镜3与第二透镜4用于将等离子体的像成像到二维狭缝5处；二维狭缝5用于限制诊断视场，第一透镜3与第二透镜4共焦点放置，对目标靶2产生的等离子体进行成像。
[0014]进一步，所述干涉成像系统300中，在光路排布上，所述第四透镜9放置于第三透镜6的傅里叶面附近，同时第一分束片7与第二分束片8放置于第三透镜6与第四透镜9之间。这种特殊的光路排布与干涉元件的使用正是本干涉仪与其他干涉仪明显不一样的地方，这种特殊的光学设计使得能够很轻松的实现对干涉条纹的间距、干涉视场的大小与干涉条纹的方向独立灵活的调节。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉方法，实现为：携带等离子体信息的信号光进行一级成像后得到一级像面处的像，再进行干涉成像；所述干涉成像时，一级像面处的像依次经过第三透镜6，第一分束片7，第二分束片8，第四透镜9后，在门控相机10的光阴极上实现干涉图像；其中利用紧邻的两片分束片作为干涉元件，即第一分束片7和第二分束片8作为干涉元件，实现干涉条纹的间距、干涉条纹的方向与干涉视场的大小独立灵活可调，调节干涉元件的离焦量能够调节干涉条纹的间距，调节第一分束片7与第二分束片8的角度能够调节干涉视场的大小与干涉条纹的方向。
[0016]进一步，所述调节干涉元件的离焦量能够调节干涉条纹的间距，调节第一分束片7
与第二分束片8的角度能够调节干涉视场的大小与干涉条纹的方向的具体如下：
[0017]设第一分束片7与第二分束片8的中心距离第三透镜6的傅里叶面为d，第四透镜9的焦距为f4，第一分束片7与第二分束片8不完全平行，有角度θ，则在门控相机10处，干涉视场y的大小表示为：
[0018]y＝2f4θ
[0019]而干涉条纹的间距s表示为：
[0020][0021]其中，λ为信号光的波长。
[0022]如果只改变第一分束片7与第二分束片8的中心距离第三透镜6的傅里叶面的距离d，则在不改变干涉视场y的大小的情况下完成对干涉条纹间距s的改变，而如果需要改变干涉视场y的大小，则需要改变角度θ，同时改变距离d，使得两者的乘积dθ不变，则在不改变干涉条纹间距s的情况下完成对干涉视场y大小的调节，而如果需要改变干涉条纹的方向，只需要改变第一分束片7与第二分束片本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪，包括：脉冲光源及目标靶系统(100)、一级成像系统(200)、干涉成像系统(300)；脉冲光源及目标靶系统(100)产生携带等离子体信息的信号光入射到一级成像系统(200)；一级成像系统(200)接收携带等离子体信息的信号光，对其中的等离子体的像进行成像，得到一级像面处的像，实现像传递，并导入到干涉成像系统(300)中；其特征在于：所述干涉成像系统(300)中，一级像面处的像依次经过第三透镜(6)，第一分束片(7)，第二分束片(8)，第四透镜(9)后，在门控相机(10)的光阴极上实现干涉图像；其中利用紧邻的两片分束片作为干涉元件，即第一分束片(7)和第二分束片(8)作为干涉元件，实现干涉条纹的间距、干涉条纹的方向与干涉视场的大小独立灵活可调，调节干涉元件的离焦量能够调节干涉条纹的间距，调节第一分束片(7)与第二分束片(8)的角度能够调节干涉视场的大小与干涉条纹的方向。2.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪，其特征在于：所述干涉成像系统(300)中，调节干涉元件的离焦量能够调节干涉条纹间距，调节第一分束片(7)与第二分束片(8)的角度能够调节干涉视场的大小与干涉条纹的方向的具体实现为：如果改变第一分束片(7)与第二分束片(8)的中心距离第三透镜(6)的傅里叶面的距离d，即干涉元件的离焦量，则在不改变干涉视场y大小的情况下，完成对干涉条纹的间距s的改变；如果改变干涉视场y的大小，则改变第一分束片(7)与第二分束片(8)的角度θ，同时改变所述距离d，在不改变干涉条纹间距s的情况下，完成对干涉视场y的大小的调节；如果改变干涉条纹的方向，只改变所述角度θ在x或y方向分量的大小，完成对干涉条纹的方向的调节。3.根据权利要求1所述的一种应用于等离子体相位测量的灵活可调干涉仪，其特征在于：所述一级成像系统(200)包括第一透镜(3)、第二透镜(4)和二维狭缝(5)组成；第一透镜(3)、第二透镜(4)、二维狭缝(5)依次光路连接；信号光依次经过第一透镜(3、第二透镜(4)和二维狭缝(5)后，经过第三透镜(6)入射到干涉成像系统(300)；第一透镜(3)与第二透镜(4)用于将等离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：李欣焱，刘一凡，袁鹏，郑坚，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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