[發明專利]用于集束打靶激光的全孔徑背向散射光測量系統

在審

• 申請號: 201711343130.5
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108168701A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 閆亞東;何俊華;許瑞華;齊文博;韋明智;吳冰靜
• 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: G01J3/42
• 分類號: G01J3/42
• 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

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種用于集束打靶激光的全孔徑背向散射光測量系統，該系統包括多個具有同一離軸拋物面面型的反射型散射板，所有反射型散射板的反射面位于同一個拋物面上，所述拋物面的焦點處設置有探頭組。本發明采用一個探頭組直接對多個反射型散射板的漫反射光疊加信號進行測量，具體包括空間分布測量、光譜測量、時間測量、能量測量等，本發明顯著簡化了取樣和測量光路，具有效率高、體積小、光路簡單、能量損傷閾值高等優點。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種用于集束打靶激光的全孔徑背向散射光測量系統。

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束的超大型激光驅動裝置“NIF”；法國正在建設的MLF包含240束激光；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束激光。

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，在未來的激光聚變驅動裝置建設中，一方面要增加驅動激光的路數、提升驅動能力，另一方面要重視背向散射光的測量、加強背向散射物理機理的研究。

國內規劃的點火裝置，其規模將遠超世界上在運行及在建的任何一個激光驅動裝置，激光束總數龐大，靶場光路錯綜復雜，空間異常緊張；另外，它采用8束集束打靶(8束激光緊密排布，并行導入靶室)，局部激光束過于集中，大幅壓縮了單束激光可利用的診斷空間。

現有的全孔徑背向散射光測量系統不適用于未來的點火裝置，主要有以下幾方面的原因：

(1)效率低

一套設備只能測量1束打靶激光的全孔徑背向散射光，應用于多束激光集束打靶的大規模激光驅動裝置中時，每束激光都要單獨測量，效率較低；

(2)體積大

單束全孔徑背向散射光束是橫截面為400mm×400mm的平行光，為了實現縮束測量，要求縮束元件的口徑大(φ600mm)、焦距長(f：3m)，這導致單束全孔徑背向散射光測量系統的體積很大(2.0m×1.0m×2.2m)。在未來的點火裝置靶場空間十分緊張的情況下，將之應用于點火裝置是不現實的；

(3)光路復雜

現有的全孔徑背向散射光測量系統將大口徑光束縮束之后，后繼光路十分復雜：縮束后的光束被二向色鏡光譜分離，分為長波和短波兩分支；在兩個分支中分別進行空間濾波、準直、取樣及空間分布測量、取樣及光譜測量、取樣及時間測量、取樣及能量測量；光路異常復雜。

(4)能量損傷閾值低

現有系統中的大口徑、長焦離軸拋物鏡采用的是鋁鏡，鋁鏡的激光損傷閾值較低(小于0.5J/cm²)，因此全孔徑背向散射光到達鋁鏡前還需要經過一個大口徑分光鏡的衰減。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提供一種用于集束打靶激光的全孔徑背向散射光測量系統，具有效率高、體積小、光路簡單、能量損傷閾值高等優點。