[發明專利]多路激光高精度同步測量裝置

在審

• 申請號: 202011003260.6
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN114252164A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 范薇;張天宇;石玉森;汪小超;張生佳;姜秀青;張鵬;楊琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種多路激光高精度同步測量裝置，包括透明散射球體、光程長度調整系統、熔融石英非球面透鏡、快速光電倍增管、光纖、光電二極管、數字示波器、單次光譜儀和計算機。該系統可以實現對多路超寬帶短脈沖之間或多路窄帶長脈沖之間的同步測量。本發明針對不同脈沖可以有效抑制反復移動取樣點的光學元件、機械重新定位帶來的影響，可以有效改善測量精度，節約時間，提高測量效率。

技術領域

本發明涉及一種多路激光高精度同步測量裝置。

背景技術

近年來，隨著對高功率激光的深入研究，激光技術取得快速發展。高功率激光被廣泛應用于通信、醫學、工業生產、科學研究、安全防護、能源開發以及武器研究等。其中在能源開發方面的應用中最典型的就是慣性約束聚變(ICF)。激光慣性約束聚變原理是通過將高功率的激光脈沖或激光產生的X射線均勻的照射在靶丸外殼表面上，靶面物質消融噴離產生的反沖力使靶內的氘、氚氣體(DT)短時間內被壓縮到高溫、高密度狀態，在燃料分散之前實現充分熱核燃燒釋放能量，發生核聚變反應。靶球表面的均勻驅動要求精確的光束同步來實現準確的功率平衡，因此經高功率激光器產生及放大后到達靶場的多路激光束到達靶點時必須要做到束間時間同步，因此需要精度高的脈沖同步測量系統。

目前高功率激光裝置采用的多脈沖同步測量系統主要有如下幾種：

一是利用光纖陣列編碼從模擬靶丸取光，由條紋相機分窗記錄并用X光分幅相機對同步結果進行驗證，時間精度優于10ps。該方法精度高，但測試過程復雜，在自動化程度較高的大型靶球上操作不便。

二是采用快速響應光電管結合數字示波器的方法進行脈沖間的同步測量，先將光電管1和2同時放置于同一路的靶室窗口，將光電管2分別放置于其余幾路激光的靶室窗口前，最終獲取8束激光到達靶室窗口前的時間精度同樣優于10ps。該方法可以快速檢測和調整，但是需要反復移動光電管的位置，效率比較低。

三、利用兩個光電管測量參考光路脈沖到達靶點與到達基準點之間的時間間隔，然后測量待測光路脈沖到達靶點與參考光路脈沖到達基準點之間的時間間隔，測試精度為25.2ps。該方法布局簡單，很適合同步測量時進行實時調整，測量效率高，但測量過程中需要對光電管進行重新定位，且精度不夠高。

四、將時間關聯復測實現同一發次對多束激光脈沖進行同步測試并校正，同步精度優于30ps。該方法可以通過同一發次測試給出16路激光的時間同步精度，并進行同步光程調整，同步調節效率高，充分的利用了已有的儀器設備，但是不適用于多光束的激光裝置，使用設備數量過多，不夠簡便直接。

五、利用共軛反射特性，通過測量光束到達兩個共軛像點的時間偏差來獲得脈沖到達靶點的時間同步差，精度優于20ps，縮短了測試的準備時間，安全性高，操作簡單，還有效解決靶點處激光脈沖時空高度重合所引起的脈沖重疊問題，可以實現精準測量。但是易受裝置的限制，對定位精度和裝置的穩定性要求都比較高。

這些方法各有優勢，但是無法同時滿足結構簡單并且測量精度高的要求。因此需要提出一種新的方法，該方法能實現在靶室內結構簡單、操作方便、測量效率高、安全性高且精度高。

為了解決這些方法的不足，本發明采用透明散射球體作為準各向同性散射源，設計并驗證了多路激光高精度同步測量裝置對于提高多路激光脈沖的時間同步精度的作用。基于透明散射球體的多路激光同步測量技術只在靶室中的靶點處放置一個小球，采集光學元件固定在靶球端口位置，不需要反復移動。因此該裝置具備沒有多余的活動部件，不需要每次用反射鏡機械地重新定向每個光束，并且精度高的優點。該多路激光高精度同步測量裝置不僅可以對窄帶長脈沖進行同步測量，還可以對超寬帶短脈沖進行同步測量，應用范圍廣泛，實用性強。

發明內容

本發明的目的在于提升高功率激光裝置多光束激光到達靶丸處的同步性，可以克服傳統測量系統需要移動光學元件以及活動部件復雜的問題。提供一種多路激光高精度同步測量裝置，采取透明散射球體以及高精度的測量元件，該系統可以有效提高多束高功率脈沖的同步精度。