[發明專利]激光差動共焦核聚變靶丸幾何參數綜合測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201910176134.1
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN109959349B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 王允;趙維謙;邱麗榮
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/255
• 分類號: G01B11/255;G01B11/24;G01B11/06;G01B11/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.激光差動共焦核聚變靶丸幾何參數綜合測量方法，其特征在于：利用激光差動共焦技術對聚變靶丸(13)殼層的內、外表面進行精密層析定焦，利用三維回轉掃描技術對聚變靶丸(13)進行正交回轉驅動，結合差動共焦層析定焦技術與三維回轉掃描技術實現對聚變靶丸(13)幾何和輪廓參數測量，所述聚變靶丸(13)幾何和輪廓參數包括內、外表面曲率半徑、內、外表面圓輪廓和三維輪廓、殼層厚度及其三維分布；該測量方法是利用激光差動共焦核聚變靶丸幾何參數綜合測量裝置來實現的，其中，該測量裝置包括光源系統(1)、沿著光源出射方向依次放置的準直透鏡(2)、分光鏡A(3)、測量物鏡(5)，位于分光鏡A(3)反射方向的差動共焦探測系統(6)，位于測量物鏡(5)出射方向并且回轉軸線與測量光軸同軸的正交驅動系統(14)，回轉軸線與測量光軸垂直相交的回轉驅動系統(15)，對測量物鏡(5)進行軸向驅動的物鏡驅動系統(4)和數據進行采集處理的計算機(16)；

該測量方法具體包括以下步驟：

步驟一、光源系統(1)經過準直透鏡(2)準直為平行光束，平行光束通過分光鏡A(3)被測量物鏡(5)會聚為一點，對聚變靶丸(13)進行照明并被反射，反射光束透過測量物鏡(5)后被分光鏡A(3)反射進入差動共焦探測系統(6)，在差動共焦探測系統(6)中光束經過會聚鏡(7)會聚后被分光鏡B(8)分為兩束，分別透過位于會聚鏡(7)焦點前的針孔A(9)和焦點后的針孔B(11)，并被分別位于針孔A(9)和針孔B(11)后的光電探測器A(10)和光電探測器B(12)接收；

步驟二、使計算機(16)控制物鏡驅動系統(4)帶動測量物鏡(5)對聚變靶丸(13)進行軸向掃描，同時計算機(16)采集光電探測器A(10)和光電探測器B(12)接收到的光強信號，根據如下公式計算得到差動共焦曲線(17)，通過差動共焦曲線依次對聚變靶丸(13)的內、外表面以及球心位置進行層析定焦，當測量光束會聚點分別與聚變靶丸(13)的內、外表面以及球心位置重合時，I(z,u_M)的值為零，監測I(z,u_M)的強度，依次記錄I(z,u_M)的過零點位置的z坐標Z_i,Z_o和Z_c，即得到聚變靶丸(13)對應光軸方向的內表面測量點Z_i、外表面測量點Z_o以及球心的軸向光學坐標Z_c；

其中I(z,+u_M)和I(z,-u_M)分別為光電探測器A(10)和光電探測器B(12)接收到的光強信號，I(z,u_M)為歸一化差動信號，通過歸一化差動信號得到的差動共焦曲線(17)能夠有效抑制聚變靶丸(13)表面屬性差異影響和系統光源功率漂移，對聚變靶丸(13)進行準確的定焦；

步驟三、對定焦測量得到的聚變靶丸(13)的外表面測量點Z_o和球心的軸向光學坐標Z_c進行相減即得到聚變靶丸(13)的外表面曲率半徑R_o；

步驟四、將聚變靶丸(13)的殼層材料折射率n和外表面曲率半徑R_o帶入如下公式，計算得到聚變靶丸(13)的殼層光軸方向的厚度t；

其中NA為測量物鏡(5)的數值孔徑；

步驟五、利用聚變靶丸(13)的內表面測量點Z_i、外表面測量點Z_o、球心的軸向光學坐標Z_c和厚度t計算得到聚變靶丸(13)的內、外表面物理坐標z_i,z_o和內表面曲率半徑R_i：

步驟六、利用回轉驅動系統(15)驅動聚變靶丸(13)進行水平回轉一周，在聚變靶丸(13)水平圓周上的各個點位置重復步驟一致步驟五，依次獲得聚變靶丸(13)水平面圓周的內外表面物理坐標點集合(z_i,z_o)_i；

步驟七、利用正交驅動系統(14)驅動聚變靶丸(13)進行步進正交回轉驅動，每驅動一步重復步驟一致步驟六，依次獲得聚變靶丸(13)的內外表面三維物理坐標點集合{[(z_i,z_o)_i]_j}；

步驟八、計算機(16)對三維物理坐標點集合{[(z_i,z_o)_i]_j}進行三維重構和計算即得到聚變靶丸(13)的內、外表面曲率半徑、內、外表面圓輪廓和三維輪廓、殼層厚度及其三維分布。