[发明专利]光学偏转加速装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及超高速摄影技术，更具体地说，涉及一种超高速摄影技术中所 需的光学偏转加速装置。

【背景技术】

为了得到微秒级至纳秒级瞬态变化过程的时间-空间信息，例如在爆轰物 理过程和激波物理过程的研究中就需要这种信息，人们发展了超高速摄影技术。 超高速摄影技术可以在微秒级至纳秒级的时间间隔里得到一幅一幅瞬态过程的 照片，用以研究瞬态过程的变化规律。高速摄影的关键技术是如何形成高速和 如何分幅，即如何在极短的时间里得到几十幅甚至上百幅随时间变化的图片。

通常的超高速摄影方法是先捕捉影像，将影像的光束照射到高速旋转的转 镜上，透过高速旋转的转镜能够形成出射光束的高速偏转，从而将入射光束高 速偏转并实现分幅。出射光束的偏转速度是制约转镜类摄影机摄影性能的主要 因素。如何提高出射光束的偏转速度，一直是这一领域的研究课题。

到目前为止，有两种途径来提高对光束的偏转速度：一种是将入射光束照 射到高速旋转的转镜上，通过提高转镜转速的方法来提高出射光束的偏转速度； 二是将入射光束采用多次反射的方法来加速出射光束的偏转速度。在提高转镜 转速的方法中，可以通过使用高密度的转镜材料、改进转镜的截面形状、改进 转镜的处理工艺和改善转镜的横向结构等方面来提高转镜的转速，但是这些方 法都难以使得转镜的转速成倍提高(强激光与粒子束，2006，18(6)：1277～1281； SPIE，2005，Vol.5638：117～123)。而采用多次反射的方法来加速出射光束的偏 转速度，偏转速度可成倍提高。

目前，采用多次反射的方法来加速出射光束的偏转速度，有两类方案。第 一类是通过旋转的多面体反射镜和静止的反射镜相结合，将经过转镜初始加速 后的光束在反射镜之间反射后，可以形成4倍、8倍、12倍加速出射光束的偏 转，已有九面体反射镜和反射棱镜组合形成4倍加速的应用。第二类是将经过 转镜初始加速后的光束在成楔形的两块反射镜(可以一动一静，亦可以两动)， 在相向或者相反的脉冲式偏转中，经多次反射后可将出射光束加速到16倍(具 体倍数取决于楔形装置和入射光束的入射角度)，已有7倍加速的应用(SPIE， 2003，Vol.4948：330～335)。但是依靠多次反射对出射光束的加速，有两个必要 的条件：一是必须有精密的转动部件，二是要通过反射镜的多次反射，反射镜 之间的相互位置关系必须精确，使用这种方法时需要经过精密的计算且相应系 统的结构复杂，成本高。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的上述光学偏转加速装置 中存在结构复杂且偏转加速的倍数存在瓶颈的缺陷，提供一种可将光束进行任 意倍数偏转加速的光学偏转加速装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种光学偏转加速装置， 包括产生带偏转速度的入射光束的入射光源、捕捉出射光束的出射光捕捉装置 和将入射光束反射至出射光捕捉装置的反射装置，其特征在于，所述反射装置 为曲面反射镜；所述曲面反射镜上供入射光束扫描的部分曲面为柱面，该柱面 的母线与入射光束和出射光束所在平面垂直；所述曲面反射镜中柱面的曲率在 沿入射光束的偏转方向上可以是固定不变的，也可以是连续变化的；所述曲面 反射镜中柱面的曲率满足以下关系：

m＝1+2ρL；

其中，m为出射光束偏转速度相对于入射光束偏转速度所需的倍数；ρ为 曲面反射镜反射点处的曲率；L为入射光线未偏转时与曲面反射镜柱面的相交 点到原物偏转点之间的距离。

在本发明所述的光学偏转加速装置中，所述曲面反射镜中设有多段所述柱 面。

在本发明所述的光学偏转加速装置中，所述曲面反射镜中柱面的曲率在沿 入射光束的偏转方向上是常量或连续增大的变量。

在本发明所述的光学偏转加速装置中，所述曲面反射镜中的柱面是圆柱面 或超越曲线柱面。

在本发明所述的光学偏转加速装置中，还包括设置在入射光源和曲面反射 镜之间将入射光源产生的入射光束在曲面反射镜上形成焦线的入射聚焦透镜。

在本发明所述的光学偏转加速装置中，还包括设置在曲面反射镜和出射光 捕捉装置之间将出射光束还原的出射聚焦透镜。