[發(fā)明專利]激光共焦干涉核聚變靶丸形貌輪廓參數(shù)測(cè)量方法與裝置有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201910176383.0 | 申請(qǐng)日： | 2019-03-08 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN110030941B | 公開（公告）日： | 2020-04-14 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王允;邱麗榮;趙維謙 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 北京理工大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G01B11/24 | 分類號(hào)： | G01B11/24;G01B11/06;G01B11/255;G01B11/00 |
| 代理公司： | 北京理工正陽知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639 | 代理人： | 鄔曉楠 |
| 地址： | 100081 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 激光 焦干 聚變 形貌 輪廓 參數(shù) 測(cè)量方法 裝置 | ||
1.激光共焦干涉核聚變靶丸形貌輪廓參數(shù)綜合測(cè)量方法，其特征在于：利用激光共焦技術(shù)對(duì)聚變靶丸(13)殼層的內(nèi)、外表面進(jìn)行精密層析定焦獲得幾何輪廓參數(shù)，利用短相干干涉技術(shù)對(duì)聚變靶丸(13)進(jìn)行干涉測(cè)量獲得形貌參數(shù)，結(jié)合激光共焦技術(shù)和短相干干涉技術(shù)實(shí)現(xiàn)核聚變靶丸(13)形貌輪廓參數(shù)綜合測(cè)量，所述核聚變靶丸(13)形貌輪廓參數(shù)包括核聚變靶丸(13)的內(nèi)、外表面三維輪廓、外表面形貌和殼層厚度分布，包括以下步驟：
步驟一、光源系統(tǒng)(1)經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡(2)準(zhǔn)直為平行光束，平行光束被分光鏡A(3)反射后被分光鏡B(21)分為透射照明光束和反射照明光束，反射照明光束由測(cè)量物鏡(5)會(huì)聚為一點(diǎn)對(duì)聚變靶丸(13)進(jìn)行照明并被反射，攜帶聚變靶丸(13)信息的反射光束透過測(cè)量物鏡(5)后形成測(cè)量光束，測(cè)量光束被分光鏡B(21)分為透射測(cè)量光束和反射測(cè)量光束，反射測(cè)量光束透過分光鏡A(3)進(jìn)入共焦探測(cè)系統(tǒng)(6)，在共焦探測(cè)系統(tǒng)(6)中光束經(jīng)過會(huì)聚鏡(7)會(huì)聚后透過位于會(huì)聚鏡(7)焦點(diǎn)處的針孔(9)被位于針孔(9)后的光電探測(cè)器(10)接收；透射照明光束進(jìn)入干涉臂(24)被反射后再次被分光鏡B(21)反射，與透射測(cè)量光束形成共路干涉，干涉光束經(jīng)過成像會(huì)聚鏡(22)會(huì)聚后被干涉CCD(23)接收；
步驟二、使計(jì)算機(jī)(16)控制物鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(4)帶動(dòng)測(cè)量物鏡(5)對(duì)聚變靶丸(13)進(jìn)行軸向掃描，同時(shí)計(jì)算機(jī)(16)采集光電探測(cè)器(10)接收到的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行如下公式的歸一化處理即可得到共焦曲線(17)，通過差動(dòng)共焦曲線(17)對(duì)聚變靶丸(13)的進(jìn)行層析定焦，當(dāng)測(cè)量光束會(huì)聚點(diǎn)分別與聚變靶丸(13)的內(nèi)、外表面以及球心位置重合時(shí)，IC(x,y,z)的值為最大，監(jiān)測(cè)IC(x,y,z)的強(qiáng)度，依次記錄IC(x,y,z)的區(qū)域最大位置的z坐標(biāo)Zo,Zi和Zc，即可得到聚變靶丸(13)對(duì)應(yīng)光軸方向的內(nèi)、外表面測(cè)量點(diǎn)以及球心的軸向光學(xué)坐標(biāo)Zo,Zi和Zc；
其中I(x,y,z)為光電探測(cè)器(10)接收到的光強(qiáng)信號(hào)，MAX[I(x,y,z)]為I(x,y,z)的最大值，IC(x,y,z)為歸一化共焦信號(hào)，通過歸一化共焦信號(hào)得到的共焦曲線(17)有效抑制聚變靶丸(13)表面屬性差異影響和系統(tǒng)光源功率飄移，對(duì)聚變靶丸(13)進(jìn)行準(zhǔn)確的定焦；
步驟三、將聚變靶丸(13)的殼層材料折射率n和外表面曲率半徑Ro代入如下公式，計(jì)算得到聚變靶丸(13)的殼層光軸方向的厚度t；
其中NA為測(cè)量物鏡(5)的數(shù)值孔徑；
步驟四、利用聚變靶丸(13)的內(nèi)、外表面以及球心的光學(xué)坐標(biāo)Zo,Zi和Zc和厚度t計(jì)算得到聚變靶丸(13)的內(nèi)、外表面物理坐標(biāo)zi和zo：
步驟五、當(dāng)測(cè)量物鏡(5)的會(huì)聚光束聚焦到聚變靶丸(13)的球心位置Zc附近時(shí)，使計(jì)算機(jī)(16)驅(qū)動(dòng)干涉臂(24)軸向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生光束相位變化，通過干涉CCD(23)獲得靶丸外表面的光軸區(qū)域的移相干涉圖Ψ；
步驟六、利用回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(15)驅(qū)動(dòng)聚變靶丸(13)進(jìn)行水平回轉(zhuǎn)一周，在靶丸水平圓周上的各個(gè)點(diǎn)位置重復(fù)步驟一至步驟五，依次獲得聚變靶丸(13)水平面圓周的內(nèi)外表面物理坐標(biāo)點(diǎn)集合(zo,zi)i和移相干涉圖Ψi；
步驟七、利用正交回轉(zhuǎn)系統(tǒng)(14)驅(qū)動(dòng)聚變靶丸(13)進(jìn)行步進(jìn)正交回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，每驅(qū)動(dòng)一步重復(fù)步驟一至步驟六，依次獲得聚變靶丸(13)的內(nèi)外表面三維物理坐標(biāo)點(diǎn)集合{[(zo,zi)i]j}和移相干涉圖(Ψi)j；
步驟八、計(jì)算機(jī)(16)對(duì)三維物理坐標(biāo)點(diǎn)集合{[(zo,zi)i]j}和移相干涉圖(Ψi)j進(jìn)行三維重構(gòu)和解包裹計(jì)算即可得到靶丸的內(nèi)、外表面三維輪廓、外表面形貌和殼層厚度分布，實(shí)現(xiàn)核聚變靶丸(13)形貌輪廓參數(shù)的綜合測(cè)量。
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