CN107991064A - 抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统。该测量系统包括取样装置和测量装置，取样装置包括球状真空靶室和成像镜头，球状真空靶室内设置有靶点和带有打靶激光通道的漫反射板，漫反射板附着于球状真空靶室内壁上；球状真空靶室的球壁上设置有测量窗口；打靶激光入射靶点产生的近背向散射光沿打靶反方向散射后由漫反射板产生漫反射，漫反射光穿透测量窗口后再通过成像镜头进入测量装置；成像镜头将漫反射板成像于一次像面，一次像面所在的平面上设置有隔离屏，隔离屏带有多个通光孔。本发明通过设置隔离屏，排除了靶室内壁散射的杂光进入诊断光路的可能性，起到了杂散光屏蔽的效果。
Description
技术领域
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统。
背景技术
激光核聚变是目前普遍采用的一种人工可控核聚变，它在民用和军事上都具有十分重大的研究意义：为人类探索一种取之不尽的清洁核能源；用来研制“干净”(无放射污染)的核武器、发展高能激光武器；部分替代核实验。
因此，激光核聚变受到世界各核大国的高度重视，从20世纪70年代后半叶开始，俄、美、日、法、中、英等国相继开始高功率激光驱动器的研制。美国在此领域的研究处于领先地位，并于2009年正式建成包含192路的超大型激光驱动装置“NIF”；法国正在建设的MLF包含240路激光；日本也在酝酿建造大型激光驱动器，并计划在2015-2020年间完成可应用于发电的基础技术研究。中国也建立了一系列的激光驱动装置(星光系列、神光系列等)，2015年完成建设的国内最大的激光驱动装置“神光－Ⅲ”包含48路激光。
然而，美国NIF在2010年的点火没有成功，这在世界范围引起了较大的震惊。NIF随后的研究发现，原来在较小规模激光驱动器上验证的理论模型在NIF上不再适用，NIF打靶激光的背向散射份额大大超出了原来的预期值，打靶激光能量被大幅消弱，聚变燃料压缩对称性遭到破坏，导致点火失败，由此可见背向散射测量系统在认识一个新的激光驱动装置过程中起到的不可替代的作用。
国内对背向散射的研究起步也较早，背向散射诊断技术的发展大致经历了三个阶段：
第一阶段，采用玻璃球面镜对近背向散射光取样后进行测量，但该方案的物、镜体法向、像三者必须处于一条直线上，这种排布方式过于生硬，没有灵活性；
第二阶段，采用铝质离轴椭球镜对近背向散射光聚焦后进行测量，通过调整离轴量可实现任意光路布局、灵活度极大，且聚焦十分理想，但金属镜面的激光损伤阈值较低(小于1J/cm2)，在更大规模激光驱动装置上应用受限；
第三阶段，采用标准漫反射白板对近背向散射光漫反射，对漫反射光取样后测量，漫反射白板的激光损伤阈值(大于1.7J/cm2)能够满足更大规模激光驱动装置的测量需求，但从靶室窗口取样测量时，取样率极低(小于十万分之一)，而剩余的绝大部分散射光经靶室内壁多次散射后也会从测量窗口出射，对取样光造成较大干扰。
发明内容
本发明目的是提供一种抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，解决了现有的近背向散射光系统存在的容易受到杂散光干扰、取样效率低的技术问题。
本发明的技术解决方案是：一种抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，包括取样装置和测量装置，其特殊之处在于：所述取样装置包括球状真空靶室和成像镜头，所述球状真空靶室内设置有靶点和带有打靶激光通道的漫反射板，所述漫反射板附着于球状真空靶室内壁上；所述球状真空靶室的球壁上设置有测量窗口；打靶激光入射靶点产生的近背向散射光沿打靶反方向散射后由漫反射板产生漫反射，漫反射光穿透测量窗口后再通过成像镜头进入测量装置；所述成像镜头将漫反射板成像于一次像面，一次像面所在的平面上设置有隔离屏，所述隔离屏带有多个通光孔。
进一步地，上述测量装置包括沿光路传播方向依次设置的缩束正透镜和二向色镜；所述二向色镜将光谱分离后，长波被透射进入长波透射光测量单元，短波被反射进入短波反射光测量单元。
进一步地，上述长波透射光测量单元的长波取样测试像面上设置有长波光吸收陷阱。
进一步地，上述短波反射光测量单元的短波取样测试像面上设置有短波光吸收陷阱。
较佳地，上述漫反射板为异形漫反射板。
进一步地，上述成像镜头与测量窗口之间设置有取样光阑。
进一步地，上述异形漫反射板为椭球面漫反射白板，所述靶点位于椭球面漫反射白板的一个焦点上，所述取样光阑中心位于椭球面漫反射白板的另一个焦点上。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明将漫反射板成像于一次像面并在一次像面所处的平面内设置隔离屏，隔离屏根据一次像的形状开启对应的通光孔，只让从散射板上发出的光线通过，在其后再设计相应的测量光路进行参数测量。这样，隔离屏就排除了靶室内壁散射的杂光进入诊断光路的可能性，起到了杂散光屏蔽的效果。
(2)本发明采用具有椭球面型的漫反射白板作为散射面，消除了因散射面漫反射引入的系统时间误差，提升了近背向散射时间测量系统的时间分辨率，实现了散射时间测量光路的零时间误差设计。
(3)本发明由取样装置获得的取样光是椭球面型漫反射白板的漫反射面上各点漫反射光的集合体，利用像传递的方式将光阑成像于时间测量探测面，实现了100％的全覆盖取样，测量结果更真实。
附图说明
图1为本发明抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统的较佳实施例结构示意图。
其中，附图标记为：1-球状真空靶室，2-打靶激光，3-靶点，4-近背向散射光，5-漫反射板，6-漫反射光，7-测量窗口，8-成像镜头，9-一次像面，10-隔离屏，11-缩束正透镜，12-二向色镜。
具体实施方式
本实施例为一种抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，其结构包括取样装置和测量装置。
参见图1，取样装置包括球状真空靶室1和成像镜头8，球状真空靶室1内设置有靶点3和带有打靶激光通道的漫反射板5，漫反射板5附着于球状真空靶室1内壁上；球状真空靶室1的球壁上设置有测量窗口7；打靶激光2入射靶点3产生的近背向散射光4沿打靶反方向散射后由漫反射板5产生漫反射，漫反射光6穿透测量窗口7后再通过成像镜头8进入测量装置；成像镜头8将漫反射板成像于一次像面9，一次像面9所在的平面上设置有隔离屏10，隔离屏10带有多个通光孔。隔离屏10可以根据一次像的形状开启对应的通光孔，只让从漫反射板5发出的光线通过，在其后再设计相应的测量光路进行参数测量。这样，隔离屏10就排除了球状真空靶室1内壁散射的杂光进入测量装置的可能性，起到了杂散光屏蔽的效果。
成像镜头8与测量窗口7之间还可以设置取样光阑，用于控制进入测试装置的光通量，以适应测量装置的能量需求。
测量装置包括沿光路传播方向依次设置的缩束正透镜11和二向色镜12；二向色镜12将光谱分离后，长波被透射进入长波透射光测量单元，短波被反射进入短波反射光测量单元。长波透射光测量单元的长波取样测试像面上设置有长波光吸收陷阱。短波反射光测量单元的短波取样测试像面上设置有短波光吸收陷阱。长波光吸收陷阱以及短波光吸收陷阱可以将未被利用的光束部分吸收掉，避免形成杂光而对测量结果产生影响。
较为优选地，本发明中将漫反射板设置为异形漫反射板，更为优选的是椭球面漫反射白板。将靶点3设置在椭球面漫反射白板的一个焦点上，同时将取样光阑的中心设置在椭球面漫反射白板的另一个焦点上。根据椭球面的特性可知，从靶点3至取样光阑的每一根光线都是等光程的，因此可以实现无时间差取样。
Claims (7)
1.一种抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，包括取样装置和测量装置，其特征在于：所述取样装置包括球状真空靶室和成像镜头，所述球状真空靶室内设置有靶点和带有打靶激光通道的漫反射板，所述漫反射板附着于球状真空靶室内壁上；所述球状真空靶室的球壁上设置有测量窗口；打靶激光入射靶点产生的近背向散射光沿打靶反方向散射后由漫反射板产生漫反射，漫反射光穿透测量窗口后再通过成像镜头进入测量装置；所述成像镜头将漫反射板成像于一次像面，一次像面所在的平面上设置有隔离屏，所述隔离屏带有多个通光孔。
2.根据权利要求1所述的抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，其特征在于：所述测量装置包括沿光路传播方向依次设置的缩束正透镜和二向色镜；所述二向色镜将光谱分离后，长波被透射进入长波透射光测量单元，短波被反射进入短波反射光测量单元。
3.根据权利要求2所述的抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，其特征在于：所述长波透射光测量单元的长波取样测试像面上设置有长波光吸收陷阱。
4.根据权利要求2所述的抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，其特征在于：所述短波反射光测量单元的短波取样测试像面上设置有短波光吸收陷阱。
5.根据权利要求1-4中任一所述的抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，其特征在于：所述漫反射板为异形漫反射板。
6.根据权利要求5所述的抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，其特征在于：所述成像镜头与测量窗口之间设置有取样光阑。
7.根据权利要求6所述的抗杂散光干扰的近背向散射光测量系统，其特征在于：所述异形漫反射板为椭球面漫反射白板，所述靶点位于椭球面漫反射白板的一个焦点上，所述取样光阑中心位于椭球面漫反射白板的另一个焦点上。
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