[实用新型]多功能激光聚变测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光测量技术领域，具体涉及一种多功能激光聚变测量装置。

背景技术

激光烧蚀靶丸产生内爆既是利用聚变能源的有效方法之一，也是高能量密度物理研究的实验手段。压缩过程中，物质往往处于高温高压的极端状态，激光与物质相互作用时间仅在纳秒量级，物态信息的获取需要采用专门的方法。在激光惯性约束诊断领域，任意反射面速度干涉仪(Velocity Interferometer System for Any Reflector，缩写为VISAR)利用光学多普勒效应产生的差频干涉条纹移动量的变化来测量压缩过程中的冲击波速度，可以为求解状态方程提供条件。现在VISAR已发展出多种类型，典型的比如线VISAR、面VISAR以及光纤VISAR，以上三种VISAR的诊断能力大幅提升，并被广泛运用于冲击波测量领域。

但是，激光烧蚀过程是极短而又复杂的，仅仅通过获得冲击波表面速度这一参数依然难以准确还原整个物态变化。每一个实验发次是昂贵的，且实验环境不同对应物态信息情况也是不同的。因此在同一实验发次中获取更多的诊断信息显得十分重要。在VISAR成像过程中，经常出现的情况有局部的条纹消失或者条纹亮度发生剧烈变化，引起条纹图像质量下降。这一情况的出现很大程度上是由于界面对探针光的吸收或是由于界面形状变化导致干涉仪收光变化。条纹图像质量的下降不仅给具体的冲击波速度读取带来困难，而且会引起诊断物理机制的误判。

如图7～图9所示，传统的线VISAR的探针激光经照明镜头1’入射，传输到第一分束镜2’，被第一分束镜2’分为两束，一束被挡光板4’吸收，另一束聚焦在靶面3’上；从靶面3’反射回来的多普勒信号光传输到第一分束镜2’，又会被第一分束镜2’分为两束，一束返回到光源处，另一束传输到第二分束镜5’上后被分为两束，分别进入两套干涉模块，最终成像在第一条纹相机6’和第二条纹相机7’上。其中，有一半的探针激光被挡光板4’吸收，还有一半靶面3’反射回的多普勒信号光返回光源而未被利用。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种多功能激光聚变测量装置，其能够共用传统VISAR的收光光路，保留了传统VISAR干涉测量冲击波速度模块，实现了激光聚变实验中冲击波速度、等离子体温度、表面形变的同时诊断。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种多功能激光聚变测量装置，其要点在于：包括照明镜头、分束镜一、分束镜二、成像镜头一、成像镜头二、成像镜头三、条纹相机一、条纹相机二、条纹相机三、光环形器模块、探针光传像模块、干涉模块一和干涉模块二；由照明镜头射出的一束探针激光经光环形器模块射向分束镜一，由分束镜一分成两束；其中一束探针激光用于聚焦于靶面并反射回多普勒信号光，该多普勒信号光由分束镜一分成两束，其中一束多普勒信号光依次经光环形器模块和成像镜头三成像在条纹相机三上，另一束多普勒信号光由分束镜二再分成两束，其中一束多普勒信号光依次经干涉模块一和成像镜头一成像在条纹相机一上，另一束多普勒信号光依次经干涉模块二和成像镜头二成像在条纹相机二上；另一束探针激光由探针光传像模块分成三束，其中一束探针激光经成像镜头一成像在条纹相机一上，另一束探针激光经成像镜头二成像在条纹相机二上，剩下一束探针激光经成像镜头三成像在条纹相机三上。

采用以上结构，条纹相机一和条纹相机二上同时存在干涉条纹、靶面像和光源(探针激光)的像，不但通过干涉条纹和靶面像能够计算出冲击波表面速度，而且将光源的像用来作为干涉条纹的参考像，能够用于分析探针光被冲击波界面或窗口材料吸收的量即反射率的研究，辅以合适的计算方法可以诊断等离子体界面温度；条纹相机三上能够记录光源的像和靶面像，可以通过判断记录的像的形状变化，分析冲击材料表面的形状变化；因此，本实用新型能够共用传统的线VISAR的收光光路，保留了传统线VISAR干涉测量冲击波速度模块，通过改进光路充分利用了探针激光，在获取干涉拍频计算出冲击波表面速度的同时跟踪探针光吸收强度与冲击波界面变化，并配合合适的图像处理手段，能够将获取更多的物态信息，有利于进一步的物态诊断研究。