CN207636277U - 基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统。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取样光阑，球状真空靶室内设置有靶点和椭球面漫反射白板；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椭球面漫反射白板产生漫反射，漫反射光经取样光阑取样后进入测量装置；靶点位于椭球面漫反射白板的一个焦点上，取样光阑中心位于椭球面漫反射白板的另一个焦点上。本实用新型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。
Description
技术领域
本实用新型属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统。
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。但是，在对漫反射光取样后进行近背向散射时间测量时，由于平面型漫反射白板上各点的漫反射光到达时间测量探头的光程不同，相互之间存在不同程度的时间差(2m×2m的平面漫反射板最大时间差可达ns量级，而待测背向散射时间过程也是数ns)，将成为时间测量系统的系统性误差，严重降低了时间测量系统的时间分辨率。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，解决了现有的近背向散射光时间测量系统存在的系统误差大、时间分辨率低的技术问题。
本实用新型的技术解决方案是：一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，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取样光阑，所述球状真空靶室内设置有靶点和椭球面漫反射白板；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椭球面漫反射白板产生漫反射，漫反射光经取样光阑取样后进入测量装置；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。
进一步地，上述测量装置包括沿光路传播方向依次设置的成像镜头、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。
较佳地，上述长波透射光测量单元包括长波时间测量耦合镜和长波时间测量快光电管；长波透射光由长波时间测量耦合镜成像于长波时间测量快光电管所在的长波取样光阑像面上。
进一步地，上述长波取样光阑像面上设置有长波光吸收陷阱。
进一步地，上述长波取样光阑像面上还设置有长波光谱取样光纤。
较佳地，上述短波反射光测量单元包括短波时间测量耦合镜和短波时间测量快光电管；短波反射光由短波时间测量耦合镜成像于短波时间测量快光电管所在的短波取样光阑像面上。
进一步地，上述短波取样光阑像面上设置有短波光吸收陷阱。
进一步地，上述短波取样光阑像面上还设置有短波光谱取样光纤。
较佳地，上述成像镜头将椭球面漫反射白板成像于一次像面上，所述一次像面上设置有杂散光滤波装置。
本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型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。
(2)本实用新型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为本实用新型取样装置的较佳实施例结构示意图。
图2为本实用新型测量装置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-椭球面漫反射白板，5-取样窗口，6-取样光阑，7-成像镜头，8-杂散光滤波装置，9-缩束正透镜，10-二向色镜，11-长波相机取样镜，12-长波时间测量取样镜，13-长波时间测量耦合镜，14-长波取样光阑像面，15-长波光谱取样光纤，16-长波时间测量快光电管，17-长波光吸收陷阱，18-短波相机取样镜，19-短波时间测量取样镜，20-短波时间测量耦合镜，21-短波取样光阑像面，22-短波光谱取样光纤，23-短波时间测量快光电管，24-短波光吸收陷阱。
具体实施方式
本实施例为一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，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和取样光阑6，球状真空靶室1内设置有靶点3和椭球面漫反射白板4；打靶激光2入射靶点3产生的近背向散射光沿打靶反向散射后由椭球面漫反射白板4产生漫反射，漫反射光穿过球状真空靶室1上设置的取样窗口5后再经取样光阑6取样进入测量装置；靶点3位于椭球面漫反射白板4的一个焦点上，取样光阑6的中心位于椭球面漫反射白板4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6的每一根光线都是等光程的，因此该取样装置实现了无时间差取样。
参见图2，测量装置包括沿光路传播方向依次设置的成像镜头7、缩束正透镜9和二向色镜10；二向色镜10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。
作为一种优选实施例，长波透射光测量单元包括长波相机取样镜11、长波时间测量取样镜12、长波时间测量耦合镜13和长波时间测量快光电管16；长波透射光透过长波相机取样镜11后，由长波时间测量取样镜12反射，然后再由长波时间测量耦合镜13成像于长波时间测量快光电管16所在的长波取样光阑像面14上。在长波透射光测量单元中，长波时间测量耦合镜13结合在前光路中的成像镜头7、缩束正透镜9三者共同构成一个无光程差(即无时间差)的成像系统，将取样光阑6成像在长波取样光阑像面14上。从靶点3至长波取样光阑像面14的每一根光线之间没有任何光程差，也就没有任何时间差。在长波取样光阑像面14处设置长波时间测量快光电管16进行散射时间特性测量，测量光路中不会引入任何时间差。
进一步地，长波取样光阑像面14上设置有长波光吸收陷阱17，用于吸收未被利用的长波光。长波取样光阑像面14上还可以设置长波光谱取样光纤15，用于进行长波散射光谱测量。
作为一种优选实施例，短波反射光测量单元包括短波相机取样镜18、短波时间测量取样镜19、短波时间测量耦合镜20和短波时间测量快光电管23；短波反射光透过短波相机取样镜18后，由短波时间测量取样镜19反射，然后再由短波时间测量耦合镜20成像于短波时间测量快光电管23所在的短波取样光阑像面21上。在短波反射光测量单元中，短波时间测量耦合镜20结合在前光路中的成像镜头7、缩束正透镜9三者共同构成一个无光程差(即无时间差)的成像系统，将取样光阑6成像在短波取样光阑像面21上。从靶点3至短波取样光阑像面21的每一根光线之间没有任何光程差，也就没有任何时间差。在短波取样光阑像面21处设置短波时间测量快光电管23进行散射时间特性测量，测量光路中不会引入任何时间差。
进一步地，短波取样光阑像面21上设置有短波光吸收陷阱24，用于吸收未被利用的短波光。短波取样光阑像面21上还可以设置短波光谱取样光纤22，用于进行短波散射光谱测量。
较佳地，本实施例中成像镜头7将椭球面漫反射白板成像于一次像面上，在一次像面上可以设置杂散光滤波装置8，用于滤出其他方向的杂散光，保证进入测试装置的光束均为椭球面漫反射白板产生的散射光。
本实用新型提出的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统能够避免因散射面漫反射引入时间差的缺陷，实现了近背向散射光的散射时间特性高精度测量。
Claims (9)
1.一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，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取样光阑，所述球状真空靶室内设置有靶点和椭球面漫反射白板；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椭球面漫反射白板产生漫反射，漫反射光经取样光阑取样后进入测量装置；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。
2.根据权利要求1所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，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成像镜头、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所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，其特征在于：所述长波透射光测量单元包括长波时间测量耦合镜和长波时间测量快光电管；长波透射光由长波时间测量耦合镜成像于长波时间测量快光电管所在的长波取样光阑像面上。
4.根据权利要求3所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，其特征在于：所述长波取样光阑像面上设置有长波光吸收陷阱。
5.根据权利要求4所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，其特征在于：所述长波取样光阑像面上还设置有长波光谱取样光纤。
6.根据权利要求2所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，其特征在于：所述短波反射光测量单元包括短波时间测量耦合镜和短波时间测量快光电管；短波反射光由短波时间测量耦合镜成像于短波时间测量快光电管所在的短波取样光阑像面上。
7.根据权利要求6所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，其特征在于：所述短波取样光阑像面上设置有短波光吸收陷阱。
8.根据权利要求7所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，其特征在于：所述短波取样光阑像面上还设置有短波光谱取样光纤。
9.根据权利要求2-8中任一所述的基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，其特征在于：所述成像镜头将椭球面漫反射白板成像于一次像面上，所述一次像面上设置有杂散光滤波装置。
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