[發明專利]一種ICF靶丸內冰層折射率分布的測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202010133607.2
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111289469B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 劉東;嚴天亮;陳楠;盧岸;胡曉波;臧仲明;張鵠翔
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

本發明公開了一種ICF靶丸內冰層折射率分布的測量裝置和方法，測量裝置包括光纖激光器、光纖準直鏡、第一偏振分束鏡、載有反射鏡的PZT(壓電陶瓷)、分束鏡、第二偏振分束鏡、待測靶丸、成像鏡、線偏振片、CCD圖像傳感器、LED、光闌、電腦。測量方法包括：利用背光投影光路將靶丸定位好后，通過干涉光路采集靶丸的四步移相干涉圖；對移相干涉圖進行解相位、解包裹、以及Zernike擬合等操作，在所得的波面上選取兩個相近的環帶；利用基于OPD的反演方法，依次求出環帶折射率、基準折射率，從而得出折射率分布；再次應用坐標轉換，即得到靶丸坐標系的折射率分布。利用本發明，可以實現快速、非接觸式測量。

技術領域

本發明屬于光學精密測量技術領域，尤其是涉及一種ICF靶丸內冰層折射率分布的測量裝置和方法。

背景技術

慣性約束聚變(ICF)要求以多束高能量脈沖激光，同時均勻照射在靶丸上從而產生均勻內爆，進而誘發核聚變。靶丸是由球殼、冰層及燃料氣體等組成的多層球形，在冰層凝結的過程中，有可能會出現冰層內表面過于粗糙、各層內部存在氣室等。這些不均勻可以分別表征為靶丸冰層厚度與折射率分布的不均勻。這種不均勻會導致不均勻的內爆，從而將無法誘發核聚變。因此，靶丸的均勻性是慣性約束聚變工程中的一個重要參數。

現存的靶丸均勻性表征多集中于厚度均勻性，而對折射率均勻性表征的關注較少。中國工程物理研究院激光聚變研究中心利用X射線相襯成像法(Wang K，Lei H，Li J，etal.Characterization of inertial confinement fusiontargets using X-ray phasecontrast imaging[J].(Optics Communications，2014，VOL.332：P9～13.))獲取了冰層內表面形貌。該方法可以將靶丸球殼、冰層的折射率的影響從測量結果中解耦合，直接求得靶丸的各層厚度。但是，對于各層的折射率表征，此方法卻無法實現。美國的NIF項目使用白光干涉儀(Weinstein B W.White-light interferometric measurement of the wallthickness of hollow glass microspheres[J].(Journal ofApplied Physics，1975，VOL.46，No.12：P5305～5306))，可以在已知靶丸球殼的折射率或厚度中任一值時，求解出厚度或折射率。但是，該方法求解出的折射率僅為平均折射率，同樣無法表征折射率分布情況。北京理工大學結合了低相干干涉和差動共焦光路(Wang L，Qiu L，Zhao W，et al.Laserdifferential confocal inner-surface profile measurement method for an ICFcapsule[J].(Optics Express，2017，VOL.25，No.23：P28510～28523))，通過共聚焦對靶丸進行全角度掃描，利用低相干干涉得到內表面分布及折射率。但是該方法并未給出最終的折射率分布，且需要利用共聚焦進行逐區域掃描，非常耗時，難以實現在線檢測；此外靶丸的旋轉機構復雜，對硬件要求高，并且會引入調整誤差，從而影響最終的折射率分布檢測結果。上述檢測方法，對于靶丸內冰層折射率分布的表征暫無最終結果。

因此設計出能精確測量ICF靶丸內冰層折射率分布的裝置及方法是很有必要的。

發明內容

為解決現有技術的不足，本申請提供了一種ICF靶丸內冰層折射率分布的測量裝置和方法，實現快速、非接觸式測量，得到靶丸內冰層折射率分布。

一種ICF靶丸內冰層折射率分布的測量裝置，包括光纖激光器、光纖準直鏡、第一偏振分束鏡、載有平面反射鏡的PZT(壓電陶瓷)、非偏正分束鏡、第二偏振分束鏡、待測靶丸、透鏡、線偏振片、CCD圖像傳感器、高功率LED、光闌和電腦；