多线成像型速度干涉仪及基于该干涉仪的冲击波速度测量方法技术

本发明专利技术提供一种多线成像型速度干涉仪及基于该干涉仪的冲击波速度测量方法，解决现有激光聚变球形燃料压缩对称性诊断无法准确推断燃料压缩时空过程的问题。干涉仪包括激光源、探针耦合镜、探针分束镜、前端镜头、信号分束镜和两个差频干涉光路单元；激光源出射的激光经探针耦合镜、探针分束镜、前端镜头聚焦于待测物面，经待测物面反射的信号经前端镜头、探针分束镜入射至信号分束镜，分成两束并分别进入两个差频干涉光路单元；每个差频干涉光路单元包括干涉仪前置镜、多线分束镜组、差频干涉组件一、条纹相机和N

【技术实现步骤摘要】
多线成像型速度干涉仪及基于该干涉仪的冲击波速度测量方法


[0001]本专利技术属于激光聚变领域，涉及一种多线成像型速度干涉仪及基于多线成像型速度干涉仪的冲击波速度激光多普勒差频干涉测量方法。

技术介绍

[0002]惯性约束核聚变是目前普遍采用的一种人工可控核聚变，它利用高能激光作为驱动源(直接或间接驱动)，几十束甚至几百束高能激光按照一定的时序持续地压缩靶丸内的燃料，使之达到极高的温度和压强，直至发生聚变反应。惯性约束核聚变在民用和军事上都具有十分重大的研究意义，它将为人类探索一种清洁的能源。
[0003]随着惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)研究的不断深入，人们发现实现高增益聚变的条件极为苛刻，因为聚变燃料必须达到极端高温高压。但是，燃料的压缩不是在高压容器中进行的，没有物理容器能够耐受住极端高温高压；它是通过高能激光或粒子束从四面八方烧灼球形氘
‑
氚气体燃料(靶丸)，用烧灼的反作用力压缩内部燃料。压缩的球对称性对实现聚变至关重要，如果不对称，燃料球就会提前破裂，无法达到极端高温高压，聚变失败。因此，压缩对称性成为ICF研究的重要考核内容之一。目前，对于激光聚变球形燃料压缩对称性诊断通常采用基于激光多普勒差频干涉测速技术的“线成像速度干涉仪”(Velocity Interferometer System for Any Reflecotor,VISAR)，通过测量燃料球表面向内压缩的速度变化历程，来了解燃料压缩过程、判断燃料的压缩对称性。但是，“线成像速度干涉仪”无法获得二维图像信息，因为聚变燃料的压缩过程极快(ns量级)，现有没有如此快的高速相机来记录燃料表面的二维信息；通常是采用条纹相机，对燃料表面一条线的压缩过程进行高时间分辨扫描。燃料球表面一条很短的线上信息，对于判断整个球体燃料的压缩对称性来说，信息量太少了。
[0004]为此，研究者提出了一种二维成像型速度干涉仪(2D VISAR)，相对于“线成像速度干涉仪”来说，“2D VISAR”采用常规相机，通过时间控制，可获取燃料局部球冠某一时刻的一帧二维图像。然而，相对于一个压缩过程来说，一帧图像的信息量仍然太少，仍然无法准确推断燃料压缩的时空过程。
[0005]除了2D VISAR之外，研究者还提出了“双轴VISAR”和“多轴VISAR”概念，其本质都是在直径几百微米的燃料球内部设置单面或多面反射镜，朝向球体不同方向，建立多个微型测速光路，以期从燃料球不同方位各选取一条直线，获取其速度历程信息。虽然该方法能在只测一条直线的前提下，同时测量“两个”或“多个”球冠区域，但在直径数百微米的燃料球内部布置反射镜的难度很大，且反射镜位于气体燃料球内部，严重破坏了燃料的压缩过程，制约了燃料的压缩比例，无法实现极端高温高压聚变条件。
[0006]从上述
技术实现思路
可见，目前在激光聚变球形燃料压缩对称性诊断方面，无论是“单轴”还是“多轴”VISAR，均只能获取球冠区域上一条直线或某一时刻的一帧二维图像进行测量，对于判断燃料球压缩对称性来说，获得的信息量太少，因此，无法准确推断燃料压缩的
时空过程。

技术实现思路

[0007]为了解决现有对于激光聚变球形燃料压缩对称性诊断方面，只能获取球冠区域上一条直线或某一时刻的一帧二维图像进行测量，无法准确推断燃料压缩时空过程的技术问题，本专利技术提供了一种多线成像型速度干涉仪及基于该干涉仪的冲击波速度测量方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0009]一种多线成像型速度干涉仪，其特殊之处在于：包括成像单元和两个差频干涉光路单元；
[0010]所述成像单元包括激光源、探针耦合镜、探针分束镜、前端镜头和信号分束镜；激光源出射的探针激光依次经探针耦合镜透射、探针分束镜反射和前端镜头透射后，聚焦于待测物面形成多普勒信号，经待测物面反射的多普勒信号依次经所述前端镜头透射、探针分束镜透射后，入射至信号分束镜，经信号分束镜分成两束多普勒信号光；
[0011]两个差频干涉光路单元分别位于信号分束镜出射的两束多普勒信号光上；
[0012]每个差频干涉光路单元包括干涉仪前置镜、多线分束镜组、差频干涉组件一、差频干涉组件二和条纹相机；多普勒信号光经干涉仪前置镜透射后入射至多线分束镜组，经多线分束镜组分为N个支路，N为大于等于2的整数；所述差频干涉组件二为N
‑
1个；
[0013]其中一个支路经过差频干涉组件一成像于条纹相机，其余支路分别经过N
‑
1个差频干涉组件二成像于条纹相机；
[0014]所述差频干涉组件一包括沿光路依次设置的干涉仪一和条纹相机前成像镜一；
[0015]所述差频干涉组件二包括沿光路依次设置的干涉仪二、道威棱镜、反射镜组和条纹相机前成像镜二，通过旋转道威棱镜改变成像于条纹相机的干涉图像方向，以及摆动反射镜组改变成像于条纹相机的干涉图像位置，使差频干涉组件一和差频干涉组件二的干涉图像沿条纹相机狭缝方向“一”字排列。
[0016]进一步地，所述多线分束镜组包括并排设置的1个多线分束镜和1个反射镜；
[0017]所述多线分束镜位于干涉仪前置镜的出射光路上，差频干涉组件一位于多线分束镜的透射光路上；
[0018]所述反射镜位于多线分束镜的反射光路上，差频干涉组件二位于反射镜的出射光路。
[0019]进一步地，所述多线分束镜组包括并排设置的m个多线分束镜和1个反射镜，其中，m＝N
‑
1，N为大于等于3的整数；
[0020]m个多线分束镜分别为第一多线分束镜,第二多线分束镜、
……
、第m多线分束镜；
[0021]第一多线分束镜位于干涉仪前置镜的出射光路上，差频干涉组件一位于第一多线分束镜的透射光路上；
[0022]所述反射镜位于第m多线分束镜的透射光路上；
[0023]N
‑
1个差频干涉组件二分别位于第二多线分束镜、
……
、第m多线分束镜的反射光路上以及反射镜的出射光路上。
[0024]进一步地，所述激光源出射的探针激光经光纤传输后向探针耦合镜出射。
[0025]进一步地，所述反射镜组包括沿光路方向平行设置的2个反射镜。
[0026]同时，本专利技术还提供了一种基于上述多线成像型速度干涉仪的冲击波速度测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0027]1)获得干涉图像
[0028]1.1)激光源出射的探针激光经探针耦合镜整形后，再经过探针分束镜反射，并由前端镜头聚焦于待测物面形成多普勒信号，从待测物面反射的多普勒信号经前端镜头收集并会聚，再由信号分束镜分为两束多普勒信号光，并分别入射至两个差频干涉光路单元；
[0029]1.2)每束多普勒信号光经干涉仪前置镜准直后入射至多线分束镜组，经多线分束镜组分为N个支路，N个支路分别经差频干涉组件一和N
‑
1个差频干涉组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多线成像型速度干涉仪，其特征在于：包括成像单元和两个差频干涉光路单元；所述成像单元包括激光源、探针耦合镜、探针分束镜、前端镜头和信号分束镜；激光源出射的探针激光依次经探针耦合镜透射、探针分束镜反射和前端镜头透射后，聚焦于待测物面形成多普勒信号，经待测物面反射的多普勒信号依次经所述前端镜头透射、探针分束镜透射后，入射至信号分束镜，经信号分束镜分成两束多普勒信号光；两个差频干涉光路单元分别位于信号分束镜出射的两束多普勒信号光上；每个差频干涉光路单元包括干涉仪前置镜、多线分束镜组、差频干涉组件一、差频干涉组件二和条纹相机；多普勒信号光经干涉仪前置镜透射后入射至多线分束镜组，经多线分束镜组分为N个支路，N为大于等于2的整数；所述差频干涉组件二为N
‑
1个；其中一个支路经过差频干涉组件一成像于条纹相机，其余支路分别经过N
‑
1个差频干涉组件二成像于条纹相机；所述差频干涉组件一包括沿光路依次设置的干涉仪一和条纹相机前成像镜一；所述差频干涉组件二包括沿光路依次设置的干涉仪二、道威棱镜、反射镜组和条纹相机前成像镜二，通过旋转道威棱镜改变成像于条纹相机的干涉图像方向，以及摆动反射镜组改变成像于条纹相机的干涉图像位置，使差频干涉组件一和差频干涉组件二的干涉图像沿条纹相机狭缝方向“一”字排列。2.根据权利要求1所述多线成像型速度干涉仪，其特征在于：所述多线分束镜组包括并排设置的1个多线分束镜和1个反射镜；所述多线分束镜位于干涉仪前置镜的出射光路上，差频干涉组件一位于多线分束镜的透射光路上；所述反射镜位于多线分束镜的反射光路上，差频干涉组件二位于反射镜的出射光路。3.根据权利要求1所述多线成像型速度干涉仪，其特征在于：所述多线分束镜组包括并排设置的m个多线分束镜和1个反射镜，其中，m＝N
‑
1，N为大于等于3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫亚东，何俊华，李奇，吴冰静，刘霞刚，高炜，
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：