[發明專利]一種超高時間分辨空間相移面成像任意反射面速度干涉儀

有效

• 申請號: 201410000273.6
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103760568A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 劉壽先;彭其先;陳光華;李澤仁;鄧向陽;雷江波;王德田;劉俊;袁樹云
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58;G01S7/481
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本發明屬于激光干涉測試技術領域，具體涉及能夠實現時間和空間分辨速度測量的一種超高時間分辨空間相移面成像任意反射面速度干涉儀。

背景技術

目前基于成像原理的激光干涉測速技術主要有線成像任意反射面速度干涉儀（VISAR）和分幅面成像任意反射面速度干涉儀，它們是傳統點VISAR技術的發展，用梳狀干涉條紋取代“牛眼”狀環紋，用掃描相機或者分幅相機記錄一維或者二維梳狀干涉條紋隨時間的變化過程，記錄像面與靶面具有物像關系，能夠實現空間分辨。線成像VISAR能夠測量樣品表面一條線上各點速度隨時間變化的過程；分幅面成像VISAR能夠測量多個時刻二維樣品表面各點的絕對速度分布或者相對速度分布。分幅面成像VISAR技術（分幅面成像任意反射面速度干涉儀診斷激光驅動飛片全場速度，光學學報，2013，33（9））采用連續激光照明，超高速光電分幅相機記錄二維空間分辨的梳狀干涉條紋，但受到分幅相機曝光時間限制，速度測量時間分辨通常為1ns～5ns，難以滿足激光驅動及各種碰撞試驗的超快過程中材料的相變、層裂的亞納秒甚至皮秒時間分辨要求。另外分幅面成像VISAR技術每一個時刻只記錄一幅干涉條紋圖像，需采用傅里葉變換方法對整幅圖像進行相位分析，相位恢復精度只有1/20條紋，相應的速度分辨對應于1/20條紋常數。且由于傅里葉變換方法是對整幅圖像而不是每個像素進行分析，因此對于超高速過程中的條紋錯位、分裂等情況，是無能為力的。

通常超短脈沖的脈沖寬度是百皮秒以下，而VISAR干涉腔中標準具引起的兩臂延遲時間差在百皮秒以上(300m/s/Fr的條紋常數對應于857?ps)。很顯然直接用超短脈沖激光照明靶面，從靶面返回的漫反射光是無法在VISAR干涉腔中形成干涉。需要有新的結構來實現超短脈沖在VISAR干涉腔中的干涉。

傳統點VISAR利用波片和偏振分束棱鏡產生四路位相差為90°的“牛眼”狀干涉信號，分出的光束在兩對正交方向上。在點VISAR基礎之上發展出一種線成像VISAR，用光纖傳像束將偏振棱鏡分開的四路相移干涉信號導入到掃描相機狹縫上。借鑒這樣的結構實現空間相移面成像VISAR，則需要用到4根極大截面細芯徑光纖傳像束和1個大感光面積且高像元數的CCD相機，系統復雜、調節困難、成本昂貴。

發明內容

本發明的目的是在現有技術基礎上提出一種光路，實現超高時間分辨；

本發明的另一目的是在超高時間分辨的基礎上實現以空間相移面成像VISAR實現更高的速度分辨。

本發明采用的技術方案為：一種超高時間分辨空間相移面成像任意反射面速度干涉儀，所述干涉儀包括脈沖激光源、輸入干涉測速腔、輸出干涉測速腔、分束鏡、反射鏡、成像鏡頭和CCD相機；所述脈沖激光源發射的脈沖進入輸入干涉測速腔，經過輸入干涉測速腔輸出的脈沖由成像透鏡聚焦到待測靶面，從待測靶面發射回的脈沖由成像鏡頭收集并用分束鏡分光到反射鏡上再反射到輸出干涉腔，經過輸出干涉測速腔輸出的梳狀干涉條紋由CCD相機記錄。

在上述技術方案中，所述輸入干涉測速腔和輸出干涉測速腔分別包括一個干涉反射鏡、兩個小角度分束鏡和一個標準具，所述輸入干涉測速腔和輸出干涉測速腔的脈沖輸入輸出口分別設置一個小角度分束鏡，小角度分束鏡的一側設置標準具，另一側設置干涉反射鏡。

在上述技術方案中，所述小角度分束鏡的一側靠近輸出端位置設置干涉反射鏡，所述小角度分束鏡的一側靠近輸入端位置設置標準具。

在上述技術方案中，所述反射鏡與輸出干涉測速腔之間設置起偏器，所述輸出干涉測速腔的干涉反射鏡與小角度分束鏡之間設置波片，所述CCD相機與輸出干涉測速腔之間設置有渥拉斯頓棱鏡。

在上述技術方案中，所述CCD相機為兩個。

一種超高時間分辨空間相移面成像任意反射面速度干涉儀光路，包括脈沖激光源L、兩個干涉測速腔、分束鏡B、反射鏡M、成像鏡頭I和CCD相機，所述光路分為兩個部分，即輸入干涉測速腔部分和輸出干涉測速腔部分：

輸入干涉腔部分：

脈沖激光源L發射的脈沖進入輸入干涉測速腔，脈沖通過小角度分束器B1分為兩路脈沖，一路脈沖被小角度分束器B1反射到標準具E1，然后通過標準具E1再次反射到小角度分束器B2，脈沖透射過小角度分束器B2依次經過分束鏡和成像鏡頭聚焦照射到待測靶面T；

另一路脈沖透射過小角度分束器B1照射到干涉反射鏡M1上，由干涉反射鏡M1反射到小角度分束器B2上，再經過小角度分束器B2反射依次經過分束鏡B和成像鏡頭I聚焦到待測靶面T；

輸出干涉腔部分：