[發明專利]一種等離子體診斷用顯微鏡瞄準裝置及其應用方法

有效

• 申請號: 201110121077.0
• 申請日: 2011-05-11
• 公開（公告）號: CN102778748A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 穆寶忠;王新;王占山;黃怡;伊圣振
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B23/00;G02B7/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及等離子體診斷用顯微鏡領域，尤其是涉及一種等離子體診斷用顯微鏡瞄準裝置及其應用方法。

背景技術

在等離子體診斷實驗中，成像系統最佳物點與靶的重合關系到診斷實驗的成敗。成像系統對靶點的瞄準有兩個方面，其一是使靶點位于系統的光軸上，其二是保證靶點在系統成像空間分辨率允許的景深范圍內。

強激光等離子體診斷實驗用的極紫外Schwarzschild(施瓦茲希爾德)顯微鏡是正入射反射式成像裝置，其物鏡由兩塊同心球面反射鏡組成，如圖1所示，主鏡5為凹面鏡，副鏡4為凸面鏡，可以消除三級球差、彗差和像散，具有高分辨率、高集光效率和大視場等優勢。本發明中所述的Schwarzschild顯微鏡工作波長為18.2nm，放大倍率為10，數值孔徑為0.1。

診斷實驗對Schwarzschild顯微鏡的成像性能要求為：在2mm視場內實現5μm的分辨率。為實現該分辨率要求，系統對靶點的瞄準精度要達到：軸向(x方向)瞄準精度15μm，垂軸(垂直于x)方向瞄準精度優于0.1mm，所以，這就需要成像系統具有精確的瞄準定位方法。

目前，在國內強激光裝置上所用的診斷系統的瞄準方法主要包括：輔助可見光成像瞄準方法、雙路激光瞄準方法和定位球瞄準方法。

輔助可見光成像瞄準

輔助可見光成像瞄準方法是獨立于極紫外Schwarzschild成像物鏡以外的一套可見光成像設備，該設備與Schwarzschild物鏡安裝在同一個調節裝置上。通過成像實驗調整可見光成像設備，使其物點與極紫外Schwarzschild物鏡的物點相重合。這樣可見光成像設備的物點即為Schwarzschild物鏡的物點。在強激光等離子體診斷實驗中，只需要將靶放在可見光成像設備的物點位置即可，此時該物理靶位于極紫外Schwarzschild成像系統的最佳物點位置。

該瞄準方法主要有以下兩個缺點：1.為了實現高精度的瞄準需要借助于大數值孔徑的鏡頭，結構復雜；2.獨立于極紫外光學系統的成像設備會占用強激光裝置靶腔內的有限空間。

雙路激光瞄準

雙路激光瞄準方法是通過兩束激光的空間交匯實現對診斷系統瞄準，激光交匯點即為確定的靶點位置。該瞄準方法光軸方向的定位精度由兩束激光的夾角決定，夾角越大則瞄準精度越高。但是，受靶室空間限制，兩路激光的張角不能太大，因此軸向定位誤差大。另外，瞄準誤差還跟激光焦斑大小和重疊度判斷有關，因此，整套系統瞄準誤差較大。

針對以上1、2兩種瞄準方法，與之類似的中國發明專利有申請公布號為CN101793515A的診斷設備瞄準微小靶丸的裝置和方法。該專利綜合了1、2兩種方法的特點，采用兩組長焦光學成像鏡頭替代雙路激光發射器，通過CCD成像元件及后期處理過程的引入來獲得較高的瞄準精度。但是，該發明專利中的瞄準方案有以下缺點：1.瞄準的關鍵部件是兩個長焦光學成像鏡頭，所以軸向的瞄準精度取決于長焦鏡頭的景深和兩個長焦鏡頭的夾角，景深小且夾角大則軸向定位精度高，景深大且夾角小則軸向定位精度低，所以專利中所述的該瞄準方法的軸向(Z方向)的瞄準精度為±100μm。但是，在本專利中所述的Schwarzschild成像系統所需要的軸向瞄準精度為15μm，顯然發明專利CN101793515A所述的診斷設備瞄準方法無法達到Schwarzschild成像系統的要求。2.若要提高發明專利CN101793515A所述的瞄準方法的軸向瞄準精度，需要提高長焦光學鏡頭的數值孔徑NA以減小其景深，并增大兩個長焦光學鏡頭之間的夾角。但是這無疑會增大其在強激光裝置靶室內的空間，在未來強激光裝置的綜合物理實驗中，將很難有足夠的空間角放置幾套至幾十套采用該瞄準機構的診斷設備。

定位球瞄準

定位模擬球法建立在以定位球標記系統理想物點的基礎上，借助靶監測系統，調整診斷系統使定位球到達指定位置，之后將定位球縮回，通過電控裝置將靶丸置于相同位置。這種方法的優點是定位精度高，可靠性強，但是實驗中需要將定位球收回，這需要較復雜的機械結構來實現，另外，定位球非常容易損壞，一旦損壞就需要重新對定位球進行標定。

因此，對于一套長期使用的診斷系統，亟待需要一種方便、靈活，且耐用的高精度瞄準裝置。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種裝置結構簡單、使用方法簡便、瞄準精度高、且不會影響強激光裝置靶腔內其它診斷設備的正常工作的等離子體診斷用顯微鏡瞄準裝置及其應用方法。