CN106872144A - 强激光焦斑均匀性在线监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于强激光领域。为解决现有惯性约束核聚变“点火”用大型激光系统尚无焦斑均匀性在线监测方法可用的问题，本发明提供了一种强激光焦斑均匀性在线监测方法。该方法包括以下步骤：一、设置楔形分束镜；二、设置监测光学系统；三、分离监测光路；四、设置CCD图像传感器与数据处理系统；五、设置第一衰减片并粗调监测光路；六、精调监测光路；七、改用第二衰减片；八、进行在线监测。本发明的在线监测方法能够较好实现惯性约束核聚变“点火”用大型激光系统的焦斑均匀性在线监测，实际应用表明其监测结果准确可靠，为惯性约束核聚变“点火”用大型激光系统各关键技术的研究提供了可靠保障。

Description

强激光焦斑均匀性在线监测方法
技术领域
本发明属于强激光领域，具体涉及一种强激光焦斑均匀性在线监测方法。
背景技术
二十世纪六十年代，我国著名科学家王淦昌等提出了利用激光驱动惯性约束核聚变的概念。八十年代末，美国用地下核爆的辐射能量成功地驱动了惯性约束聚变，证明了惯性约束聚变的可行性。九十年代以来，包括我国在内的一些国家建造了以“点火”为研究目标的百万焦耳级的大型激光系统，例如：我国上海光机所和中国工程物理研究院建造的神光系列激光系统，中国原子能科学研究院建造有天光一号激光系统等。
用于惯性约束核聚变“点火”的大型激光系统通常包括种子光源、光路系统、放大器等功能模块。工作时，由种子光源发射的激光束经多次分束、放大、同步等诸多步骤处理后，最后在靶面上形成强激光焦斑，以用于惯性约束核聚变的“点火”。然而，由于种种原因，以上述方式在靶面上形成的强激光焦斑可能会存在不十分均匀的问题，会对激光靶物理研究造成难以逾越的困难。
对于强激光焦斑均匀性的在线监测，国际上目前尚未见到公开的成熟技术可供参考，而我国仍未完全掌握此项技术。基于惯性约束核聚变的重要意义和美好前景，以及其“点火”激光系统所起的关键性作用，因此开发一种强激光焦斑均匀性在线监测方法以支撑有关关键技术的研究成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有惯性约束核聚变“点火”用大型激光系统尚无焦斑均匀性在线监测方法可用，造成有关关键技术的研究无法顺利进行的问题，本发明提供了一种强激光焦斑均匀性在线监测方法。
该强激光焦斑均匀性在线监测方法包括以下步骤：
(一)在待监测激光系统打靶光路前端的每一路中设置一个楔形分束镜，且各楔形分束镜的光学性能均相同；
(二)设置与所述打靶光路所采用的光学系统完全相同的监测光学系统；
(三)通过调整所述监测光学系统的方位以及每一个楔形分束镜的方位，由打靶光路中分离出监测光路，并使所述监测光路的结构与各楔形分束镜之后的打靶光路的结构基本相同；
(四)在所述监测光路的焦斑处放置CCD图像传感器，并将所述CCD图像传感器与数据处理系统相连接；
(五)在所述监测光路的焦斑前设置一块第一衰减片，在非放大状态下开启待监测激光系统，调整所述第一衰减片的位置使所述监测光路的各路激光均能通过所述第一衰减片，并将其位置固定在光路系统中，所述第一衰减片的透过率应在待监测激光系统处于非放大状态时满足所述CCD图像传感器的感光要求；
(六)根据所述数据处理系统输出的焦斑图像数据对所述监测光学系统进行精确调整，以使所述监测光路的焦斑精确聚焦，此时所述监测光路的结构与楔形分束镜之后的打靶光路在结构上达到完全相同；
(七)以外形尺寸与所述第一衰减片完全相同的第二衰减片代替所述第一衰减片，并将所述第二衰减片置于所述第一衰减片原来的位置，所述第二衰减片的透过率应在待监测激光系统处于放大状态时满足所述CCD图像传感器的感光要求；
(八)在待监测激光系统正常工作状态下进行在线监测，由所述数据处理系统直接获取焦斑均匀性在线监测数据。
进一步地，步骤(五)中，若直接移除所述第一衰减片，所述CCD图像传感器仍可正常感光而不发生损坏，则可以外形尺寸与所述第一衰减片完全相同的白片代替所述第一衰减片，并将所述白片置于所述第一衰减片原来的位置。
进一步地，所述楔形分束镜双面镀有增透膜为优选，以减少打靶激光的能量损失。
进一步地，所述楔形分束镜的材质优选为熔石英。
为实现强激光焦斑均匀性的在线监测，并确保监测结果的准确可靠，本发明采用一组楔形分束镜从打靶光路中分离出一组能量相对很小的激光束作为监测光路，然后通过CCD图像传感器及数据处理系统等对监测光路进行精确调整，最终复制了一套与打靶光路完全一致的监测光路，该监测光路与打靶光路具有高度的同步性。
惯性约束核聚变“点火”用大型激光系统的工作状态包括放大状态和非放大状态，放大状态用于打靶，非放大状态用于光路及设备状态调节等，其放大状态的激光能量输出远高于非放大状态，一般会超过两个数量级，而分离出的监测光路在上述两种工作状态下的激光能量输出也就存在巨大差异。监测光路的激光能量输出过高，则会损坏感光设备，过低则难以有效感光，因此其激光能量输出的巨大差异无法满足感光设备的工作要求，无法完成在线监测。为此，本发明选用了外形尺寸完全一致的第一衰减片(或白片)、第二衰减片来解决这一问题。其中，第一衰减片(或白片)透过率高，第二衰减片透过率低，通过二者的适当选用并将其置于CCD图像传感器之前的光路中，从而较好的解决了上述难题。与此同时，外形尺寸完全一致的第一衰减片(或白片)、第二衰减片的选用也兼顾了监测光路光学参数的一致性，确保了在线监测的可靠性。
综上所述，本发明的强激光焦斑均匀性在线监测方法能够较好实现惯性约束核聚变“点火”用大型激光系统的焦斑均匀性在线监测，实际应用表明其监测结果准确可靠，为惯性约束核聚变“点火”用大型激光系统各关键技术的研究提供了可靠保障。目前，本发明的在线监测方法已成功应用于我国“天光一号”高功率KrF准分子激光系统的在线监测。
附图说明
图1本发明的强激光焦斑均匀性在线监测方法原理示意图。
附图标记：1.楔形分束镜，2.凹面反射镜，3.聚焦透镜，4.衰减片或白片放置位置，5.监测光路焦斑，6.CCD图像传感器，7.数据处理系统，8.打靶光路焦斑，9.靶室。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例
将本发明的强激光焦斑均匀性在线监测方法应用于我国最大型的高功率KrF准分子激光系统——“天光一号”的在线监测。“天光一号”的打靶光路由六束波长为248nm的强激光光束构成，打靶光路的光学系统包括六面凹面反射镜2、六面聚焦透镜3。其在线监测的主要步骤如下：
(一)在打靶光路前端的每一路中设置一个楔形分束镜，各楔形分束镜1均为双面镀有增透膜的熔石英分束镜，且光学性能均相同；
(二)设置与所述打靶光路所采用的光学系统完全相同的监测光学系统；
(三)通过调整所述监测光学系统的方位以及每一个楔形分束镜的方位，由打靶光路中分离出监测光路，并使所述监测光路的结构与各楔形分束镜1之后的打靶光路的结构基本相同；
(四)在所述监测光路的焦斑处放置CCD图像传感器6，并将所述CCD图像传感器6与数据处理系统7相连接；
(五)在所述监测光路的焦斑前设置一块第一衰减片，在非放大状态下开启待监测激光系统，调整所述第一衰减片的位置使所述监测光路的各路激光均能通过所述第一衰减片，并将其位置固定在光路系统中，所述第一衰减片的透过率为90％，在非放大状态时能够满足所述CCD图像传感器6的感光要求；
(六)根据所述数据处理系统7输出的焦斑图像数据对所述监测光学系统进行精确调整，以使所述监测光路的焦斑精确聚焦，此时所述监测光路的结构与楔形分束镜1之后的打靶光路在结构上达到完全相同，监测光路的焦斑直径为500μm；
(七)以外形尺寸与所述第一衰减片完全相同的第二衰减片代替所述第一衰减片，并将所述第二衰减片置于所述第一衰减片原来的位置，所述第二衰减片的透过率为1％，在放大状态时能够满足所述CCD图像传感器6的感光要求；
(八)在待监测激光系统正常工作状态下进行在线监测，由所述数据处理系统7直接获取焦斑均匀性在线监测数据。
通过采用上述在线监测方法，“天光一号”的焦斑均匀性在线监测得以实现，从而为包括靶位均匀性测量等方面的激光靶物理研究奠定了基础。

Claims (4)

1.一种强激光焦斑均匀性在线监测方法，其特征在于该强激光焦斑均匀性在线监测方法包括以下步骤：
(一)在待监测激光系统打靶光路前端的每一路中设置一个楔形分束镜，且各楔形分束镜的光学性能均相同；
(二)设置与所述打靶光路所采用的光学系统完全相同的监测光学系统；
(三)通过调整所述监测光学系统的方位以及每一个楔形分束镜的方位，由打靶光路中分离出监测光路，并使所述监测光路的结构与各楔形分束镜之后的打靶光路的结构基本相同；
(四)在所述监测光路的焦斑处放置CCD图像传感器，并将所述CCD图像传感器与数据处理系统相连接；
(五)在所述监测光路的焦斑前设置一块第一衰减片，在非放大状态下开启待监测激光系统，调整所述第一衰减片的位置使所述监测光路的各路激光均能通过所述第一衰减片，并将其位置固定在光路系统中，所述第一衰减片的透过率应在待监测激光系统处于非放大状态时满足所述CCD图像传感器的感光要求；
(六)根据所述数据处理系统输出的焦斑图像数据对所述监测光学系统进行精确调整，以使所述监测光路的焦斑精确聚焦，此时所述监测光路的结构与楔形分束镜之后的打靶光路在结构上达到完全相同；
(七)以外形尺寸与所述第一衰减片完全相同的第二衰减片代替所述第一衰减片，并将所述第二衰减片置于所述第一衰减片原来的位置，所述第二衰减片的透过率应在待监测激光系统处于放大状态时满足所述CCD图像传感器的感光要求；
(八)在待监测激光系统正常工作状态下进行在线监测，由所述数据处理系统直接获取焦斑均匀性在线监测数据。
2.如权利要求1所述的强激光焦斑均匀性在线监测方法，其特征在于：步骤(五)中，若直接移除所述第一衰减片，所述CCD图像传感器仍可正常感光而不发生损坏，则以外形尺寸与所述第一衰减片完全相同的白片代替所述第一衰减片，并将所述白片置于所述第一衰减片原来的位置。
3.如权利要求1所述的强激光焦斑均匀性在线监测方法，其特征在于：所述楔形分束镜双面镀有增透膜。
4.如权利要求1-3任一项所述的强激光焦斑均匀性在线监测方法，其特征在于：所述楔形分束镜的材质为熔石英。
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