[发明专利]一种ICF靶丸内冰层折射率分布的测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种ICF靶丸内冰层折射率分布的测量装置和方法，测量装置包括光纤激光器、光纤准直镜、第一偏振分束镜、载有反射镜的PZT(压电陶瓷)、分束镜、第二偏振分束镜、待测靶丸、成像镜、线偏振片、CCD图像传感器、LED、光阑、电脑。测量方法包括：利用背光投影光路将靶丸定位好后，通过干涉光路采集靶丸的四步移相干涉图；对移相干涉图进行解相位、解包裹、以及Zernike拟合等操作，在所得的波面上选取两个相近的环带；利用基于OPD的反演方法，依次求出环带折射率、基准折射率，从而得出折射率分布；再次应用坐标转换，即得到靶丸坐标系的折射率分布。利用本发明，可以实现快速、非接触式测量。

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，尤其是涉及一种ICF靶丸内冰层折射率分布的测量装置和方法。

背景技术

惯性约束聚变(ICF)要求以多束高能量脉冲激光，同时均匀照射在靶丸上从而产生均匀内爆，进而诱发核聚变。靶丸是由球壳、冰层及燃料气体等组成的多层球形，在冰层凝结的过程中，有可能会出现冰层内表面过于粗糙、各层内部存在气室等。这些不均匀可以分别表征为靶丸冰层厚度与折射率分布的不均匀。这种不均匀会导致不均匀的内爆，从而将无法诱发核聚变。因此，靶丸的均匀性是惯性约束聚变工程中的一个重要参数。

现存的靶丸均匀性表征多集中于厚度均匀性，而对折射率均匀性表征的关注较少。中国工程物理研究院激光聚变研究中心利用X射线相衬成像法(Wang K，Lei H，Li J，etal.Characterization of inertial confinement fusiontargets using X-ray phasecontrast imaging[J].(Optics Communications，2014，VOL.332：P9～13.))获取了冰层内表面形貌。该方法可以将靶丸球壳、冰层的折射率的影响从测量结果中解耦合，直接求得靶丸的各层厚度。但是，对于各层的折射率表征，此方法却无法实现。美国的NIF项目使用白光干涉仪(Weinstein B W.White-light interferometric measurement of the wallthickness of hollow glass microspheres[J].(Journal ofApplied Physics，1975，VOL.46，No.12：P5305～5306))，可以在已知靶丸球壳的折射率或厚度中任一值时，求解出厚度或折射率。但是，该方法求解出的折射率仅为平均折射率，同样无法表征折射率分布情况。北京理工大学结合了低相干干涉和差动共焦光路(Wang L，Qiu L，Zhao W，et al.Laserdifferential confocal inner-surface profile measurement method for an ICFcapsule[J].(Optics Express，2017，VOL.25，No.23：P28510～28523))，通过共聚焦对靶丸进行全角度扫描，利用低相干干涉得到内表面分布及折射率。但是该方法并未给出最终的折射率分布，且需要利用共聚焦进行逐区域扫描，非常耗时，难以实现在线检测；此外靶丸的旋转机构复杂，对硬件要求高，并且会引入调整误差，从而影响最终的折射率分布检测结果。上述检测方法，对于靶丸内冰层折射率分布的表征暂无最终结果。

因此设计出能精确测量ICF靶丸内冰层折射率分布的装置及方法是很有必要的。

发明内容

为解决现有技术的不足，本申请提供了一种ICF靶丸内冰层折射率分布的测量装置和方法，实现快速、非接触式测量，得到靶丸内冰层折射率分布。

一种ICF靶丸内冰层折射率分布的测量装置，包括光纤激光器、光纤准直镜、第一偏振分束镜、载有平面反射镜的PZT(压电陶瓷)、非偏正分束镜、第二偏振分束镜、待测靶丸、透镜、线偏振片、CCD图像传感器、高功率LED、光阑和电脑；