[發明專利]基于橢球面漫反射白板的近背向散射光時間測量系統

在審

• 申請號: 201711341523.2
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107966277A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 閆亞東;何俊華;張敏;韋明智;薛艷博;許瑞華
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 陳廣民

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種基于橢球面漫反射白板的近背向散射光時間測量系統。

背景技術

激光核聚變是目前普遍采用的一種人工可控核聚變，它在民用和軍事上都具有十分重大的研究意義：為人類探索一種取之不盡的清潔核能源；用來研制“干凈”(無放射污染)的核武器、發展高能激光武器；部分替代核實驗。

因此，激光核聚變受到世界各核大國的高度重視，從20世紀70年代后半葉開始，俄、美、日、法、中、英等國相繼開始高功率激光驅動器的研制。美國在此領域的研究處于領先地位，并于2009年正式建成包含192路的超大型激光驅動裝置“NIF”；法國正在建設的MLF包含240路激光；日本也在醞釀建造大型激光驅動器，并計劃在2015-2020年間完成可應用于發電的基礎技術研究。中國也建立了一系列的激光驅動裝置(星光系列、神光系列等)，2015年完成建設的國內最大的激光驅動裝置“神光－Ⅲ”包含48路激光。

然而，美國NIF在2010年的點火沒有成功，這在世界范圍引起了較大的震驚。NIF隨后的研究發現，原來在較小規模激光驅動器上驗證的理論模型在NIF上不再適用，NIF打靶激光的背向散射份額大大超出了原來的預期值，打靶激光能量被大幅消弱，聚變燃料壓縮對稱性遭到破壞，導致點火失敗，由此可見背向散射測量系統在認識一個新的激光驅動裝置過程中起到的不可替代的作用。

國內對背向散射的研究起步也較早，背向散射診斷技術的發展大致經歷了三個階段：

第一階段，采用玻璃球面鏡對近背向散射光取樣后進行測量，但該方案的物、鏡體法向、像三者必須處于一條直線上，這種排布方式過于生硬，沒有靈活性；

第二階段，采用鋁質離軸橢球鏡對近背向散射光聚焦后進行測量，通過調整離軸量可實現任意光路布局、靈活度極大，且聚焦十分理想，但金屬鏡面的激光損傷閾值較低(小于1J/cm²)，在更大規模激光驅動裝置上應用受限；

第三階段，采用標準漫反射白板對近背向散射光漫反射，對漫反射光取樣后測量，漫反射白板的激光損傷閾值(大于1.7J/cm²)能夠滿足更大規模激光驅動裝置的測量需求。但是，在對漫反射光取樣后進行近背向散射時間測量時，由于平面型漫反射白板上各點的漫反射光到達時間測量探頭的光程不同，相互之間存在不同程度的時間差(2m×2m的平面漫反射板最大時間差可達ns量級，而待測背向散射時間過程也是數ns)，將成為時間測量系統的系統性誤差，嚴重降低了時間測量系統的時間分辨率。

發明內容

本發明目的是提供一種基于橢球面漫反射白板的近背向散射光時間測量系統，解決了現有的近背向散射光時間測量系統存在的系統誤差大、時間分辨率低的技術問題。

本發明的技術解決方案是：一種基于橢球面漫反射白板的近背向散射光時間測量系統，包括取樣裝置和測量裝置，其特殊之處在于：所述取樣裝置包括球狀真空靶室和取樣光闌，所述球狀真空靶室內設置有靶點和橢球面漫反射白板；打靶激光入射靶點產生的近背向散射光沿打靶反方向散射后由橢球面漫反射白板產生漫反射，漫反射光經取樣光闌取樣后進入測量裝置；所述靶點位于橢球面漫反射白板的一個焦點上，所述取樣光闌中心位于橢球面漫反射白板的另一個焦點上。

進一步地，上述測量裝置包括沿光路傳播方向依次設置的成像鏡頭、縮束正透鏡和二向色鏡；所述二向色鏡將光譜分離后，長波被透射進入長波透射光測量單元，短波被反射進入短波反射光測量單元。

較佳地，上述長波透射光測量單元包括長波時間測量耦合鏡和長波時間測量快光電管；長波透射光由長波時間測量耦合鏡成像于長波時間測量快光電管所在的長波取樣光闌像面上。

進一步地，上述長波取樣光闌像面上設置有長波光吸收陷阱。

進一步地，上述長波取樣光闌像面上還設置有長波光譜取樣光纖。

較佳地，上述短波反射光測量單元包括短波時間測量耦合鏡和短波時間測量快光電管；短波反射光由短波時間測量耦合鏡成像于短波時間測量快光電管所在的短波取樣光闌像面上。

進一步地，上述短波取樣光闌像面上設置有短波光吸收陷阱。

進一步地，上述短波取樣光闌像面上還設置有短波光譜取樣光纖。

較佳地，上述成像鏡頭將橢球面漫反射白板成像于一次像面上，所述一次像面上設置有雜散光濾波裝置。

本發明的有益效果在于：