[發明專利]基于散射板散射取樣的全孔徑背向散射光測量系統

有效

• 申請號: 201711343139.6
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108168702B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 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: G01J3/44
• 分類號: G01J3/44;G01J3/02
• 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

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種基于散射板散射取樣的全孔徑背向散射光測量系統，該系統包括離軸拋物面型散射板和位于離軸拋物面型散射板焦點處的探頭組，所述探頭組包括兩個能量測量單元、兩個時間測量單元、兩個光譜測量單元、一個標定探頭單元和一個空間分布測量單元。本發明采用一個探頭組直接對離軸拋物面型散射板的漫反射光進行測量，具體包括空間分布測量、光譜測量、時間測量、能量測量等，顯著簡化了取樣和測量光路，克服了采用長焦聚焦鏡的系統體積龐大的缺點，特別適合于多束激光合束打靶的情況，能夠滿足大規模激光驅動裝置全孔徑背向散射診斷的需求。

技術領域

本發明屬于光學測量技術領域，具體涉及一種基于散射板散射取樣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建造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兩個階段：

第一階段，采用大口徑、長焦距菲涅爾透鏡聚焦全孔徑背向散射光，在焦點附近進行光學測量。但由于菲涅爾透鏡采用光學塑料制作，其在強光作用下非線性效應嚴重，其應用受到制約。

第二階段，采用大口徑金屬離軸拋物面反射鏡聚焦全孔徑背向散射光，并在光束聚焦之前利用二向色鏡將光束光譜分離(分為拉曼散射光譜和布里淵散射光譜)。分離后，在拉曼散射光束和布里淵散射光束的焦點處分別實施空間濾波，濾除雜散光的干擾；然后，分別將兩光束準直并多次取樣，依次進行空間分布測量、光譜測量、時間測量、能量測量。該方案通過濾波防雜光效果較佳，但金屬離軸拋物鏡激光損傷閾值不高，且系統體積較為龐大。未來超大規模激光聚變裝置的全孔徑背向散射能量必將更高，金屬鏡極易損傷；且其光束集成度更高，空間有限，體積龐大的診斷設備難以適用。

發明內容

本發明目的是提供一種基于散射板散射取樣的全孔徑背向散射光測量系統，解決了現有的診斷設備存在的損傷閾值低、體積龐大的技術問題。

本發明的技術解決方案是：一種基于散射板散射取樣的全孔徑背向散射光測量系統，其特殊之處在于：包括離軸拋物面型散射板和位于離軸拋物面型散射板焦點處的探頭組，所述探頭組包括兩個能量測量單元、兩個時間測量單元、兩個光譜測量單元、一個標定探頭單元和一個空間分布測量單元；兩個能量測量單元分別用于進行長波能量測量和短波能量測量，兩個時間測量單元分別用于進行長波時間測量和短波時間測量，兩個光譜測量單元分別用于進行長波光譜測量和短波光譜測量。

優選地，上述能量測量單元包括沿光路方向依次設置的能量測量帶通濾光片、能量測量可變光闌、能量測量聚光鏡頭和能量計。

進一步地，在用于長波能量測量的能量測量單元中，能量測量帶通濾光片的通光帶寬為400-700nm；在用于短波能量測量的能量測量單元中，能量測量帶通濾光片的通光帶寬為351±3nm。