[发明专利]激光烧蚀靶材的冲击波成像系统及方法

权利要求书

1.一种激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于包括：

亚毫秒激光器(1)、反射镜(2)、聚焦透镜(3)、PET薄膜(4)、烧蚀靶材(5)、光电探测器(6)、数字延时脉冲发生器(7)、闪光源(8)、准直透镜(9)、纹影透镜(10)、彩色胶片刀口(11)、成像透镜(12)、滤波片(13)、高速相机(14)、图像采集系统(15)；

所述亚毫秒激光器(1)发射的激光经反射镜(2)反射，反射的激光再通过聚焦透镜(3)聚焦于烧蚀靶材(5)上，PET薄膜(4)置于聚焦透镜(3)和烧蚀靶材(5)之间防止烧蚀靶材(5)溅射损伤聚焦透镜(3)；

所述数字延时脉冲发生器(7)设置为外触发模式，光电探测器(6)放置在亚毫秒激光器(1)出光口探测出光信号，光电探测器(6)的输出信号作为数字延时脉冲发生器(7)触发电平，闪光源(8)和高速相机(14)通过信号连接线连接到数字延时脉冲发生器(7)，数字延时脉冲发生器(7)根据光电探测器(6)的探测到的出光信号输出触发脉冲信号，使闪光源(8)和高速相机(14)与亚毫秒激光器(1)同步工作；

所述闪光源(8)以确定频率发出光脉冲，经过准直透镜(9)输出平行光穿过激光辐照烧蚀靶材(5)的受作用区域，即烧蚀靶材(5)周围的被测流场，彩色胶片刀口(11)放置在纹影透镜(10)焦点处，被测流场变化的光线经过纹影透镜(10)后聚焦于彩色成像在彩色胶片刀口(11)，光线经彩色胶片刀口后被赋予不同的颜色，而后经通过成像透镜(12)经过滤波片(13)成像在高速相机(14)上，高速相机(14)获得的图像数据经数据线输出到图像采集系统(15)上。

2.如权利要求1所述的激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于所述亚毫秒激光器(1)的脉宽566μs，激光输出能量在1J～10J，光斑能量分布为平顶分布。

3.如权利要求1所述的激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于所述反射镜(2)为反射率大于94％，口径50mm，K9光学玻璃，带2个自由度调整镜架。

4.如权利要求1所述的激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于所述聚焦透镜(3)为消色差光学透镜，焦距100mm，带2个自由度调整镜架。

5.如权利要求1所述的激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于所述闪光源(8)采用德国HSPS公司的NANO-LITE系列频闪光源，配合NANOLITE Driver使用。

6.如权利要求1所述的激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于所述准直透镜(9)为消色差光学透镜，焦距为50mm，口径50mm，K9光学玻璃，带两个自由度调整镜架。

7.如权利要求1所述的激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于所述纹影透镜(10)、成像透镜(12)为消色差光学透镜，焦距为50mm，口径50mm，K9光学玻璃，带两个自由度调整镜架。

8.如权利要求1所述的激光烧蚀靶材的冲击波成像系统，其特征在于所述彩色胶片刀口(11)是利用Matlab在计算机上设计生成滤光片图像，然后在反转片上冲洗出来的。

9.一种基于如权利要求1-8之一所述系统的激光烧蚀靶材的冲击波成像方法，其特征是步骤如下：

步骤一：调整亚毫秒激光器(1)与反射镜(2)和聚焦透镜(3)在光轴上的位置，使激光光斑聚焦于烧蚀靶材(5)中心处，将PET薄膜(4)放在聚焦透镜(3)和烧蚀靶材(5)之间，防止溅射损坏聚焦透镜(3)；

步骤二：数字延时脉冲发生器(7)设置为外触发模式，将光电探测器(6)放置在亚毫秒激光器(1)出光口接收受出光信号，作为数字延时脉冲发生器(7)触发电平，将闪光源(8)和高速相机(14)通过信号连接线连接数字延时脉冲发生器(7)，通过数字延时脉冲发生器(7)触发脉冲信号使闪光源(8)和高速相机(14)进行同步工作状态；

步骤三：调整纹影透镜(10)、彩色胶片刀口(11)和成像透镜(12)位置，使彩色胶片刀口(11)位于纹影透镜(10)和成像透镜(12)之间焦点处，将滤波片(13)放置在高速相机(14)前防止高强度光损坏高速相机(14)。

步骤四：开启亚毫秒激光器(1)，调整不同的激光能量烧蚀靶材，利用高速相机(14)实时拍摄激光烧蚀靶材的冲击波以及溅射图像，最后利用图像采集系统(15)对数据进行处理。