CN106940222A - 四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，包括成像模块、第一传像模块和第二传像模块；所述成像模块将由靶面反射的多普勒信号反射光分成两束，其中一束多普勒信号反射光经第一传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机一的狭缝上成像，另一束多普勒信号反射光经第二传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机二的狭缝上成像。采用本发明提供的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，结构新颖，构思巧妙，由现有设备改造而来，实施难度小，成本低廉，大大降低了求解真实的冲击波速度的难度。
Description
技术领域
本发明属于激光干涉测试技术领域，具体涉及一种四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪。
背景技术
任意反射面速度干涉仪(Velocity Interferometer System for AnyReflector，缩写为VISAR)是激光聚变靶场冲击波速度测量的常规设备，它是基于多普勒频移效应进行差频干涉测速的装置，通过记录实验中差频干涉条纹的移动量的变化历程来计算冲击波速度的变化历程。由于冲击波速度在经历首轮驱动激光之后可在极短的时间内(数纳秒)达到极高的速度(几十km/s)，信号光的多普勒频移过于剧烈而超出了记录设备的频响范围，导致记录设备无法响应，出现干涉条纹丢失，而且，目前尚没有办法得知到底丢失了多少条干涉条纹。因此，对应于无数种可能的丢失的干涉条纹数，计算得到的冲击波速度就有无数个解，这给冲击波速度的评估带来极大困难。
因而应运而生了一种双灵敏度VISAR，双灵敏度VISAR在一定程度上缓解了上述问题。具体地说，双灵敏度VISAR是将多普勒频移光分为两束，分别进入灵敏度不同的两套速度干涉仪，各自都获得一系列无数个可能的解。这两个系列的解会发生周期性的重叠，再通过合理设计两套速度干涉仪的灵敏度，可以大幅降低两个系列的解的重叠频率，这样，不但可能解的数量就大幅减少，而且相邻两个解的速度差异大幅增大。最终，通过物理理论模型的计算，可以给出冲击波速度的大致范围，出现在理论预估范围内的重叠解即为真实的冲击波速度。
但是，随着激光驱动能力的提升，冲击波的速度过高，虽然理论预估能够给出一定的速度范围，但在这个理论预估的速度范围内常常会出现多组重叠解，而我们并不能判断哪一组重叠解才是真实的解，因此，最终无法得到真实的冲击波速度。解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其由现有设备改造而来，构思巧妙，实施难度小，成本低廉，大幅减少了在理论预估的速度范围内重叠解的数量。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其要点在于：包括成像模块、第一传像模块和第二传像模块；所述成像模块将由靶面反射的多普勒信号反射光分成两束，其中一束多普勒信号反射光经第一传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机一的狭缝上成像，另一束多普勒信号反射光经第二传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机二的狭缝上成像。
采用以上结构，通过成像模块将多普勒信号反射光分为两束，第一传像模块和第二传像模块各将一束入射的多普勒信号反射光分成两束相干光，四束相干光两两一组各在对应的条纹相机一和条纹相机二的狭缝上成像，得到四个系列无数个可能的解，再通过物理理论模型的计算得到理论预估范围，相较于传统的双灵敏度VISAR，本发明得到这四个系列无数个可能的解在理论预估的速度范围内将大幅减少重叠解的数量，极大可能只出现一个重叠解，进而得到真实的激光聚变冲击波速度；本发明结构新颖，构思巧妙，由现有设备改造而来，实施难度小，成本低廉，大大降低了求解真实的冲击波速度的难度。
作为优选：所述第一传像模块依次包括准直镜组一、干涉组件一和会聚镜一，其中，所述准直镜组一包括上下分布的半圆形准直镜头一和半圆形准直镜二，所述半圆形准直镜头一和半圆形准直镜二之间具有夹角；所述成像模块出射的一束多普勒信号反射光由半圆形准直镜头一和半圆形准直镜二分成两束多普勒信号反射光，两束多普勒信号反射光依次经干涉组件一和会聚镜一后分别在条纹相机一的狭缝上成像。采用以上结构，准直镜组一由一个完整的圆形准直镜沿该准直镜的过透镜中心并垂直于多普勒信号反射光传播方向的面切开，分为对称的两部分，即半圆形准直镜头一和半圆形准直镜二，将半圆形准直镜头一和半圆形准直镜二其中之一转动一个微量角度，使其出射的光束产生微量外倾，出现光束分离，对干涉组件一提供两束经过一次准直的多普勒信号反射光，使干涉组件一能够向会聚镜一出射两束相干光。
作为优选：所述干涉组件一包括干涉分束镜一、干涉反射镜一、干涉反射镜二、干涉合束镜一和台阶标准具一，其中，台阶标准具一靠近干涉反射镜一的一面具有台阶，使其形成第一部和第二部；两束多普勒信号反射光由干涉分束镜一分成两个支路，其中一个支路的两束多普勒信号反射光分别由对应的第一部和第二部延时后经干涉反射镜一射向干涉合束镜一，另一个支路的两束多普勒信号反射光经干涉反射镜二射向干涉合束镜一，四束多普勒信号反射光两两对应由干涉合束镜一合束后形成两束相干光，再向会聚镜头一出射。采用以上结构，实现将两束入射的经一次准直后的多普勒信号反射光干涉形成两束相干光。
作为优选：所述第一部的厚度大于或小于第二部的厚度。采用以上结构，通过使台阶标准具一的第一部和第二部厚度不同，以对应两束分离的光束。
作为优选：所述第二传像模块依次包括准直镜组二、干涉组件二和会聚镜二，其中，所述准直镜组二包括上下分布的半圆形准直镜头三和半圆形准直镜四，所述半圆形准直镜头三和半圆形准直镜四之间具有夹角；所述成像模块出射的一束多普勒信号反射光由半圆形准直镜头三和半圆形准直镜四分成两束多普勒信号反射光，两束多普勒信号反射光依次经干涉组件二和会聚镜二后分别在条纹相机二的狭缝上成像。采用以上结构，准直镜组二由一个完整的圆形准直镜沿该准直镜的过透镜中心并垂直于多普勒信号反射光传播方向的面切开，分为对称的两部分，即半圆形准直镜头三和半圆形准直镜四，将半圆形准直镜头三和半圆形准直镜四其中之一转动一个微量角度，使其出射的光束产生微量外倾，出现光束分离，对干涉组件二提供两束经过一次准直的多普勒信号反射光，使干涉组件二能够向会聚镜二出射两束相干光。
作为优选：所述干涉组件二包括干涉分束镜二、干涉反射镜三、干涉反射镜四、干涉合束镜二和台阶标准具二，其中，台阶标准具二靠近干涉反射镜三的一面具有台阶，使其形成第三部和第四部；两束多普勒信号反射光由干涉分束镜二分成两个支路，其中一个支路的两束多普勒信号反射光分别由对应的第三部和第四部延时后经干涉反射镜三射向干涉合束镜二，另一个支路的两束多普勒信号反射光经干涉反射镜四射向干涉合束镜二，四束多普勒信号反射光两两对应由干涉合束镜二合束后形成两束相干光，再向会聚镜头二出射。采用以上结构，实现将两束入射的经一次准直后的多普勒信号反射光干涉形成两束相干光。
作为优选：所述第三部的厚度大于或小于第四部的厚度。采用以上结构，通过使台阶标准具二的第三部和第四部厚度不同，以对应两束分离的光束。
作为优选：所述成像模块包括照明镜头、照明分束镜、成像镜头和信号分束镜，照明激光依次经照明镜头、照明分束镜和成像镜头聚焦于靶面形成多普勒信号反射光，多普勒信号反射光依次经成像镜头和照明分束镜向信号分束镜出射，由信号分束镜分成两束多普勒信号反射光分别向第一传像模块和第二传像模块出射。采用以上结构，通过照明镜头对照明激光整形后由成像镜头聚焦于靶面，靶面反射的多普勒信号光经成像镜头收集并会聚向信号分束镜出射，最终由信号分束镜分为两束，分别向第一传像模块和第二传像模块出射。
作为优选：所述照明激光经光纤传输后向照明镜头出射。采用以上结构，具有成像质量较好、光路较为紧凑、光能利用率高的优势。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，结构新颖，构思巧妙，由现有设备改造而来，实施难度小，成本低廉，大大降低了求解真实的冲击波速度的难度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为图1中B处的放大图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，包括成像模块、第一传像模块和第二传像模块，照明激光经光纤1传输入射，经成像模块照射到靶面5，靶面5反射的多普勒信号反射光被成像模块分成两束，其中一束多普勒信号反射光经第一传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机一11的狭缝上成像，另一束多普勒信号反射光经第二传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机二16的狭缝上成像。
请参见图1，所述成像模块包括照明镜头2、照明分束镜3、成像镜头4和信号分束镜6，照明激光依次经照明镜头2、照明分束镜3和成像镜头4聚焦于靶面5形成多普勒信号反射光，多普勒信号反射光依次经成像镜头4和照明分束镜3向信号分束镜6出射，由信号分束镜6分成两束多普勒信号反射光分别向第一传像模块和第二传像模块出射。
请参见图1和图2，所述第一传像模块依次包括准直镜组一、干涉组件一8和会聚镜一10，其中，所述准直镜组一包括上下分布的半圆形准直镜头一17和半圆形准直镜二7，所述半圆形准直镜头一17和半圆形准直镜二7之间具有夹角；准直镜组一由一个完整的圆形准直镜沿该准直镜的过透镜中心并垂直于多普勒信号反射光传播方向的面切开，分为对称的两部分，即半圆形准直镜头一17和半圆形准直镜二7，将半圆形准直镜头一17和半圆形准直镜二7其中之一转动一个微量角度，使其出射的光束产生微量外倾，出现光束分离，对干涉组件一8提供两束经过一次准直的多普勒信号反射光，使干涉组件一8能够向会聚镜一10出射两束相干光。所述成像模块出射的一束多普勒信号反射光由半圆形准直镜头一17和半圆形准直镜二7分成两束多普勒信号反射光，两束多普勒信号反射光依次经干涉组件一8和会聚镜一10后分别在条纹相机一11的狭缝上成像。
其中，所述干涉组件一8包括干涉分束镜一81、干涉反射镜一82、干涉反射镜二83、干涉合束镜一84和台阶标准具一85，其中，台阶标准具一85靠近干涉反射镜一82的一面具有台阶，使其形成第一部851和第二部852，该第一部851的厚度大于第二部852的厚度；两束多普勒信号反射光由干涉分束镜一81分成两个支路，其中一个支路的两束多普勒信号反射光分别由对应的第一部851和第二部852延时后经干涉反射镜一82射向干涉合束镜一84，另一个支路的两束多普勒信号反射光经干涉反射镜二83射向干涉合束镜一84，四束多普勒信号反射光两两对应由干涉合束镜一84合束后形成两束相干光，再向会聚镜头一10出射。通过使台阶标准具一85的第一部851和第二部852具有不同厚度，以对应两束分离的光束，实现将两束入射的经一次准直后的多普勒信号反射光干涉形成两束相干光。
请参见图1和图3，所述第二传像模块依次包括准直镜组二、干涉组件二13和会聚镜二15，其中，所述准直镜组二包括上下分布的半圆形准直镜头三12和半圆形准直镜四18，所述半圆形准直镜头三12和半圆形准直镜四18之间具有夹角；准直镜组二由一个完整的圆形准直镜沿该准直镜的过透镜中心并垂直于多普勒信号反射光传播方向的面切开，分为对称的两部分，即半圆形准直镜头三12和半圆形准直镜四18，将半圆形准直镜头三12和半圆形准直镜四18其中之一转动一个微量角度，使其出射的光束产生微量外倾，出现光束分离，对干涉组件二13提供两束经过一次准直的多普勒信号反射光，使干涉组件二13能够向会聚镜二15出射两束相干光。所述成像模块出射的一束多普勒信号反射光由半圆形准直镜头三12和半圆形准直镜四18分成两束多普勒信号反射光，两束多普勒信号反射光依次经干涉组件二13和会聚镜二15后分别在条纹相机二16的狭缝上成像。
其中，所述干涉组件二13包括干涉分束镜二131、干涉反射镜三132、干涉反射镜四133、干涉合束镜二134和台阶标准具二135，其中，台阶标准具二135靠近干涉反射镜三132的一面具有台阶，使其形成第三部135a和第四部135b，该第三部135a的厚度大于第四部135b的厚度。两束多普勒信号反射光由干涉分束镜二131分成两个支路，其中一个支路的两束多普勒信号反射光分别由对应的第三部135a和第四部135b延时后经干涉反射镜三132射向干涉合束镜二134，另一个支路的两束多普勒信号反射光经干涉反射镜四133射向干涉合束镜二134，四束多普勒信号反射光两两对应由干涉合束镜二134合束后形成两束相干光，再向会聚镜头二15出射。通过使台阶标准具二135的第三部135a和第四部135b具有不同的厚度，以对应两束分离的光束，实现将两束入射的经一次准直后的多普勒信号反射光干涉形成两束相干光。
特别需要指出，台阶标准具一85的第一部851和第二部852与台阶标准具二135的第三部135a和第四部135b具有四种不同的厚度，第一部851、第二部852、第三部135a和第四部135b分别对应一束不同的光束，即形成了四个独立的相干系统，实现四灵敏度VISAR。
本发明的工作过程如下：
照明激光经光纤1入射，经照明镜头2整形后，再经过照明分束镜3反射，由成像镜头4聚焦于靶面5，从靶面5反射的多普勒信号光经成像镜头4收集并会聚，再由信号分束镜6分为两束分别射向第一传像模块和第二传像模块。其中，第一束信号经半圆形准直镜头一17和半圆形准直镜二7准直并分成两束，即为对干涉组件一8提供两束经过一次准直的多普勒信号反射光，然后通过干涉组件一8能够向会聚镜一10出射两束相干光，两束相干光经会聚镜一10后分别在条纹相机一11的狭缝上成像。第二束信号经半圆形准直镜头三12和半圆形准直镜四18准直并分成两束，即为对干涉组件二13提供两束经过一次准直的多普勒信号反射光，然后通过干涉组件二13能够向会聚镜二15出射两束相干光，两束相干光经会聚镜二15后分别在条纹相机二16的狭缝上成像。最终，条纹相机一11和条纹相机二16总共得到四个系列无数个可能的解，再通过物理理论模型的计算得到理论预估的速度范围，在该预估的速度范围内极大可能只出现一个重叠解，该重叠解即为激光聚变冲击波速度。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：包括成像模块、第一传像模块和第二传像模块；
所述成像模块将由靶面(5)反射的多普勒信号反射光分成两束，其中一束多普勒信号反射光经第一传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机一(11)的狭缝上成像，另一束多普勒信号反射光经第二传像模块形成两束相干光并分别在条纹相机二(16)的狭缝上成像。
2.根据权利要求1所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述第一传像模块依次包括准直镜组一、干涉组件一(8)和会聚镜一(10)，其中，所述准直镜组一包括上下分布的半圆形准直镜头一(17)和半圆形准直镜二(7)，所述半圆形准直镜头一(17)和半圆形准直镜二(7)之间具有夹角；
所述成像模块出射的一束多普勒信号反射光由半圆形准直镜头一(17)和半圆形准直镜二(7)分成两束多普勒信号反射光，两束多普勒信号反射光依次经干涉组件一(8)和会聚镜一(10)后分别在条纹相机一(11)的狭缝上成像。
3.根据权利要求2所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述干涉组件一(8)包括干涉分束镜一(81)、干涉反射镜一(82)、干涉反射镜二(83)、干涉合束镜一(84)和台阶标准具一(85)，其中，台阶标准具一(85)靠近干涉反射镜一(82)的一面具有台阶，使其形成第一部(851)和第二部(852)；
两束多普勒信号反射光由干涉分束镜一(81)分成两个支路，其中一个支路的两束多普勒信号反射光分别由对应的第一部(851)和第二部(852)延时后经干涉反射镜一(82)射向干涉合束镜一(84)，另一个支路的两束多普勒信号反射光经干涉反射镜二(83)射向干涉合束镜一(84)，四束多普勒信号反射光两两对应由干涉合束镜一(84)合束后形成两束相干光，再向会聚镜头一(10)出射。
4.根据权利要求3所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述第一部(851)的厚度大于或小于第二部(852)的厚度。
5.根据权利要求1～4中任一所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述第二传像模块依次包括准直镜组二、干涉组件二(13)和会聚镜二(15)，其中，所述准直镜组二包括上下分布的半圆形准直镜头三(12)和半圆形准直镜四(18)，所述半圆形准直镜头三(12)和半圆形准直镜四(18)之间具有夹角；
所述成像模块出射的一束多普勒信号反射光由半圆形准直镜头三(12)和半圆形准直镜四(18)分成两束多普勒信号反射光，两束多普勒信号反射光依次经干涉组件二(13)和会聚镜二(15)后分别在条纹相机二(16)的狭缝上成像。
6.根据权利要求5所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述干涉组件二(13)包括干涉分束镜二(131)、干涉反射镜三(132)、干涉反射镜四(133)、干涉合束镜二(134)和台阶标准具二(135)，其中，台阶标准具二(135)靠近干涉反射镜三(132)的一面具有台阶，使其形成第三部(135a)和第四部(135b)；
两束多普勒信号反射光由干涉分束镜二(131)分成两个支路，其中一个支路的两束多普勒信号反射光分别由对应的第三部(135a)和第四部(135b)延时后经干涉反射镜三(132)射向干涉合束镜二(134)，另一个支路的两束多普勒信号反射光经干涉反射镜四(133)射向干涉合束镜二(134)，四束多普勒信号反射光两两对应由干涉合束镜二(134)合束后形成两束相干光，再向会聚镜头二(15)出射。
7.根据权利要求6所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述第三部(135a)的厚度大于或小于第四部(135b)的厚度。
8.根据权利要求1所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述成像模块包括照明镜头(2)、照明分束镜(3)、成像镜头(4)和信号分束镜(6)，照明激光依次经照明镜头(2)、照明分束镜(3)和成像镜头(4)聚焦于靶面(5)形成多普勒信号反射光，多普勒信号反射光依次经成像镜头(4)和照明分束镜(3)向信号分束镜(6)出射，由信号分束镜(6)分成两束多普勒信号反射光分别向第一传像模块和第二传像模块出射。
9.根据权利要求8所述的四灵敏度激光聚变冲击波速度测量干涉仪，其特征在于：所述照明激光经光纤(1)传输后向照明镜头(2)出射。
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