【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冲击波速度诊断，具体涉及高空间分辨四相位成像型速度测量装置及其数据处理方法。
技术介绍
1、速度诊断在多个领域发挥重要作用，在高能量密度物理研究领域，通过对微秒至纳秒瞬态过程中的离子速度以及冲击波速度的精确诊断，可以实现对高温、高压等极端条件下材料的相变、强度等特性的研究。
2、其中，成像型任意反射面速度干涉仪(简称visar)是一种广泛应用的速度诊断技术，它主要利用了光学多普勒效应，通过光混频技术获得波阵面反射光频率变化信息，在记录设备上采用了具有高时间分辨的条纹相机记录得到频率变化信息。visar的原理可以概括为：探针激光在冲击波界面发生反射，由于光学多普勒效应，反射光频率发生变化，承载冲击波速度信息；visar成像系统收集信息光，然后信息光在干涉仪中被分为两束，其中一束被延时，一束不被延时；最后两束光在相机阴极附近发生干涉，干涉条纹的相位移动可以反映冲击波的速度信息，通过求解条纹相位的变化信息实现对冲击波速度的精确诊断。
3、从原理来看，visar诊断的时间分辨取决于条纹相机的时间分辨，在条纹相机采用高速扫描档位时，时间分辨可以达到ns量级。在空间分辨性能上，visar光学系统的空间分辨设计参数优于5微米，但是最终计算得到的速度场数据其空间分辨远远低于5微米，这主要由以下两个因素导致：
4、一是硬件因素，在visar的光路传输过程中经过了多种光学元件包括反射镜、分束镜、成像镜头等，同时由再加上激光散斑、环境噪声等的影响造成最终图像分辨率的降低。
5、二是软件因素
6、综合以上两个因素，目前的成像型visar诊断技术难以达到现有光学系统的空间分辨，限制了物理研究的进一步深入。
技术实现思路
1、为解决现有的成像型任意反射面速度干涉仪空间分辨率不足的技术问题，本专利技术提供了高空间分辨四相位成像型速度测量装置及其数据处理方法。
2、其技术方案如下：
3、本申请的第一方面涉及一种高空间分辨四相位成像型速度测量装置，包括打靶模块、分光模块和至少一个成像记录模块，所述成像记录模块均包括条纹相机、1/2波片、1/4波片、第一分束镜、第二分束镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一成像透镜、第二成像透镜、第三成像透镜和第四成像透镜；
4、所述打靶模块用于将入射的一束探针激光聚焦于靶面上，并将靶面反射回的一束携带有多普勒信息的信息光引入分光模块；
5、所述分光模块用于将信息光引向各成像记录模块的1/2波片；
6、各成像记录模块中，1/2波片能够将信息光起偏为45°偏振光后射向第一分束镜；由第一分束镜反射的一束信息光经第一反射镜反射后射向第二分束镜；由第一分束镜透射的一束信息光经1/4波片分为相位差为90°、且偏振方向相互垂直的两种光，两种光经第二反射镜反射后射向第二分束镜；第二分束镜透射的光的相位落后于反射的光的相位180°；由第二分束镜透射的光经第一偏振分束器分为水平偏振和垂直偏振的两路光，其中一路光经第三反射镜反射后射向第一成像透镜，另外一路光射向第二成像透镜；由第二分束镜反射的光经第四反射镜反射后射向第二偏振分束器，并由第二偏振分束器分为水平偏振和垂直偏振的两路光，其中一路光射向第三成像透镜，另外一路光经第五反射镜反射后射向第四成像透镜；第一成像透镜、第二成像透镜、第三成像透镜和第四成像透镜出射的图像沿长度方向依次成像在条纹相机的狭缝处。
7、采用以上一种高空间分辨四相位成像型速度测量装置，每个成像记录模块均能够实现高空间分辨四相位成像，实现高空间分辨的成像和采集。
8、在一些实施方式中，所述打靶模块包括照明镜头、打靶分束镜、收光镜头、第一打靶准直镜和第二打靶准直镜；
9、入射的探针激光依次经照明镜头、第一打靶准直镜、打靶分束镜、第二打靶准直镜和收光镜头聚焦于靶面上，并反射回一束携带有多普勒信息的信息光，该束信息光依次经收光镜头、第二打靶准直镜和打靶分束镜后引入分光模块。
10、在一些实施方式中，所述成像记录模块共有两个，所述分光模块包括第一分光分束镜、第一分光准直镜和第二分光准直镜；
11、从打靶模块引入的一束信息光由第一分光分束镜一分为二，两束信息光分别经第一分光准直镜和第二分光准直镜准直后射向对应的1/2波片。
12、在一些实施方式中，所述成像记录模块共有四个，所述分光模块包括第一分光分束镜、第二分光分束镜、第三分光分束镜、第一分光准直镜和第二分光准直镜、第一分光反射镜、第二分光反射镜和第三分光反射镜；
13、从打靶模块引入的一束携带有多普勒信息的信息光由第一分光分束镜一分为二；第一分光分束镜出射的其中一束信息光经第一分光准直镜准直后射向第二分光分束镜，并由第二分光分束镜一分为二，其中一束信息光射向对应的1/2波片，另外一束信息光经第一分光反射镜反射后射向对应的1/2波片；第一分光分束镜出射的另外一束信息光经第二分光准直镜准直后射向第三分光分束镜，其中一束信息光射向对应的1/2波片，另外一束信息光经第三分光反射镜反射后射向对应的1/2波片。
14、本申请的第二方面涉及一种高空间分辨四相位成像型速度测量装置的数据处理方法，包括：
15、建立四相位成像型速度测量装置的各成像记录模块的条纹相机采集到的条纹图像in(x,y)的数学表达式：
16、in(x,y)＝a(x,y)+b(x,y)cos[φ(x,y)+δn] (1)
17、式(1)中，a(x,y)表示背景强度，b(x,y)表示条纹的调制度，φ(x,y)表示待测相位，δn表示相移量，n＝1,2,3,4分别对应第一成像透镜、第二成像透镜、第三成像透镜和第四成像透镜出射的图像；
18、定义δ1＝0，故δ2＝π/2,δ3＝π,δ4＝3π/2，从而得到：
19、
20、从公式(2)可得：
21、
22、故待测相位φ(x,y)的表达式为：
23、
24、基于式(4)求得空间位置上各点的相位。
25、基于高空间分辨四相位成像型速度测量装置实现高空间分辨的成像和采集，采用以上一种高空间分辨四相位成像型速度测量装置的数据处理方法，消除了傅里叶变换的空间匀化效应，实现了“点对点”求解相位，同时该种方法在数据处理过程中还能够消除背景噪声的影响，从而可以接近光学系统本身本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高空间分辨四相位成像型速度测量装置，包括打靶模块、分光模块和至少一个成像记录模块，其特征在于：所述成像记录模块均包括条纹相机(1)、1/2波片(2)、1/4波片(3)、第一分束镜(4)、第二分束镜(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射镜(8)、第四反射镜(9)、第五反射镜(10)、第一偏振分束器(11)、第二偏振分束器(12)、第一成像透镜(13)、第二成像透镜(14)、第三成像透镜(15)和第四成像透镜(16)；
2.根据权利要求1所述的高空间分辨四相位成像型速度测量装置，其特征在于：所述打靶模块包括照明镜头(18)、打靶分束镜(19)、收光镜头(20)、第一打靶准直镜(21)和第二打靶准直镜(22)；
3.根据权利要求1或2所述的高空间分辨四相位成像型速度测量装置，其特征在于：所述成像记录模块共有两个，所述分光模块包括第一分光分束镜(23)、第一分光准直镜(24)和第二分光准直镜(25)；
4.根据权利要求1或2所述的高空间分辨四相位成像型速度测量装置，其特征在于：所述成像记录模块共有四个，所述分光模块包括第一分光分束
5.一种高空间分辨四相位成像型速度测量装置的数据处理方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高空间分辨四相位成像型速度测量装置，包括打靶模块、分光模块和至少一个成像记录模块，其特征在于：所述成像记录模块均包括条纹相机(1)、1/2波片(2)、1/4波片(3)、第一分束镜(4)、第二分束镜(5)、第一反射镜(6)、第二反射镜(7)、第三反射镜(8)、第四反射镜(9)、第五反射镜(10)、第一偏振分束器(11)、第二偏振分束器(12)、第一成像透镜(13)、第二成像透镜(14)、第三成像透镜(15)和第四成像透镜(16)；
2.根据权利要求1所述的高空间分辨四相位成像型速度测量装置，其特征在于：所述打靶模块包括照明镜头(18)、打靶分束镜(19)、收光镜头(20)、第一打靶准直镜(21)和第二打靶准...
【专利技术属性】
技术研发人员：关赞洋，彭晓世，理玉龙，王峰，刘祥明，刘永刚，徐涛，蒋小华，李文洪，陈朝鑫，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：
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