沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，包括等比分束鏡、第一反射鏡、合束鏡、第二反射鏡以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具；多普勒頻移信號(hào)光經(jīng)等比分束鏡后形成反射光以及透射光；第一反射鏡以及合束鏡依次設(shè)置在反射光所在的光路上；第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第二反射鏡以及合束鏡依次設(shè)置在透射光所在的光路上；透射光依次經(jīng)過(guò)第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第二反射鏡以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具入射至合束鏡；還包括第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具；反射光依次經(jīng)過(guò)第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第一反射鏡以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具入射至合束鏡。本實(shí)用新型提供了一種延遲時(shí)間可以控制的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀。
【專(zhuān)利說(shuō)明】沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)，尤其涉及一種在慣性約束核聚變(Inertial Confinement Fusion,縮寫(xiě)為ICF)研究領(lǐng)域的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)(Velocity Interferometer System for Any Refector,縮寫(xiě)為 VISAR)中的干涉儀。
【背景技術(shù)】
[0002]慣性約束核聚變是目前普遍采用的一種人工可控核聚變，它利用高能激光作為驅(qū)動(dòng)源(直接或間接驅(qū)動(dòng))，幾十束甚至幾百束高能激光按照一定的時(shí)序持續(xù)地壓縮靶丸內(nèi)的燃料，使之達(dá)到極高的溫度和壓強(qiáng)，直至實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。慣性約束核聚變?cè)诿裼煤蛙娛律隙季哂惺种卮蟮难芯恳饬x，它將為人類(lèi)探索一種清潔的核能源，研究成果還可用來(lái)研制無(wú)放射污染的核武器以及發(fā)展高能激光武器等。因此，該研究領(lǐng)域受到了世界各核大國(guó)的高度重視，建立了 一系列的激光驅(qū)動(dòng)裝置。
[0003]目前世界上主要的激光驅(qū)動(dòng)裝置有:美國(guó)的Nova (10束激光)，Beamlet (I束激光)，0mega (60束激光)，NIF (192束激光)等；俄羅斯的Iskra_6 (128束激光)等；日本的GekkoXH (12束激光)等;法國(guó)的Phebus (2束激光)，LMJ (240束激光)等；中國(guó)的神光-1I(8束激光)，神光-1II原型(8束激光)，神光-1II主機(jī)(48束激光)等；英國(guó)的Vulcan (8束激光)等。
[0004]隨著ICF研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)高增益聚變的條件極為苛刻，因而被迫建立規(guī)模越來(lái)越大的激光驅(qū)動(dòng)裝置，不斷提升驅(qū)動(dòng)能力。相關(guān)研究表明，若能對(duì)燃料進(jìn)行等熵壓縮，實(shí)現(xiàn)聚變所需的驅(qū)動(dòng)能量最??；若不能實(shí)現(xiàn)等熵壓縮，則實(shí)現(xiàn)聚變所需的驅(qū)動(dòng)能量會(huì)大幅提升。為了實(shí)現(xiàn)等熵壓縮，將驅(qū)動(dòng)激光按時(shí)序分為四組，構(gòu)成一連串強(qiáng)度越來(lái)越大的驅(qū)動(dòng)能量對(duì)燃料分步進(jìn)行預(yù)熱、預(yù)點(diǎn)火、預(yù)壓縮、壓縮，整個(gè)過(guò)程持續(xù)只有幾十納秒(10_9s)。在這個(gè)微觀的時(shí)間段內(nèi)，幾百束激光必須按照預(yù)定的時(shí)序精確地到達(dá)靶丸，它們的時(shí)序一旦出現(xiàn)錯(cuò)亂，將導(dǎo)致打靶失敗。因此，在激光驅(qū)動(dòng)器投入運(yùn)行初期，對(duì)激光脈沖的時(shí)序進(jìn)行整形是一項(xiàng)非常重要、必不可少的調(diào)試工作。
[0005]隨著國(guó)內(nèi)大型激光驅(qū)動(dòng)裝置的建立，對(duì)燃料進(jìn)行近似等熵壓縮實(shí)現(xiàn)聚變已經(jīng)成為可能，急需對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行整形。中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所于2008年和2010年研制了兩套“成像型沖擊波速度干涉測(cè)量系統(tǒng)”(VISAR)，分別用于神光-1II原型裝置和神光-1II主機(jī)裝置。該設(shè)備可以對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖到達(dá)靶點(diǎn)產(chǎn)生的沖擊波的發(fā)起時(shí)間、會(huì)聚時(shí)間、沖擊波的速度等進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果可以檢驗(yàn)脈沖整形的效果，指導(dǎo)脈沖優(yōu)化整形。另夕卜，該設(shè)備還可用于“極端物質(zhì)狀態(tài)方程研究”、“沖擊波作用下材料特性研究”、“沖擊波輻射溫度測(cè)量”等試驗(yàn)，已經(jīng)成為激光核聚變靶場(chǎng)最重要的測(cè)試設(shè)備之一。
[0006]沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)(VISAR)的理論基礎(chǔ)是光的多普勒頻移效應(yīng)，以及頻率不同的兩信號(hào)混頻將產(chǎn)生差拍信號(hào)。在測(cè)量多普勒頻移量時(shí)，并不是直接測(cè)量光的頻率，因?yàn)楣獾念l率太高，記錄設(shè)備無(wú)法響應(yīng)如此高的頻率。速度測(cè)量系統(tǒng)記錄的是兩個(gè)不同時(shí)刻的多普勒頻移光混頻產(chǎn)生的差拍信號(hào)的頻率。當(dāng)樣品速度變化特別快時(shí)，差拍信號(hào)的頻率也可能超出檢測(cè)系統(tǒng)的頻響范圍，但理論上來(lái)說(shuō)可以通過(guò)減小延遲時(shí)間，來(lái)減小兩個(gè)多普勒頻移光之間的差別，從而降低差拍信號(hào)的頻率，使之不超出頻響范圍。理論上來(lái)說(shuō)，速度測(cè)量系統(tǒng)沒(méi)有高速上限。
[0007]然而，在實(shí)際工程中時(shí)間延遲是通過(guò)在光路中放置一塊標(biāo)準(zhǔn)具Etalon (平行平晶)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)楣馔ㄟ^(guò)同樣厚度的晶體比其通過(guò)同樣厚度的空氣所需的時(shí)間長(zhǎng)，相對(duì)于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)具延遲的光路來(lái)說(shuō)，兩個(gè)光路具有一定的時(shí)間差。當(dāng)延遲時(shí)間很短時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)具的厚度將變得很薄。而干涉測(cè)量系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)具的兩個(gè)表面的面形精度要求很高，若其厚度很薄，其表面很容易發(fā)生形變，工程上無(wú)法制作出來(lái)厚度很薄而面形精度很高的標(biāo)準(zhǔn)具。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]為了解決【背景技術(shù)】中存在的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)(VISAR)的測(cè)速上限的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種延遲時(shí)間可以控制的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:本實(shí)用新型提供了一種沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，包括等比分束鏡、第一反射鏡、合束鏡、第二反射鏡以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具；多普勒頻移信號(hào)光經(jīng)等比分束鏡后形成反射光以及透射光；所述第一反射鏡以及合束鏡依次設(shè)置在反射光所在的光路上；所述第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第二反射鏡以及合束鏡依次設(shè)置在透射光所在的光路上；所述透射光依次經(jīng)過(guò)第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第二反射鏡以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具入射至合束鏡；其特殊之處在于:所述沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀還包括第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具；所述反射光依次經(jīng)過(guò)第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第一反射鏡以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具入射至合束鏡。
[0010]上述第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具的厚度是不同的。
[0011]上述第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具均是平行平晶。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0013]本實(shí)用新型提供了一種沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，它通過(guò)在參與混頻的兩個(gè)光路中分別放置一塊標(biāo)準(zhǔn)具，每塊標(biāo)準(zhǔn)具的厚度不等，其差異可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要設(shè)置以及控制，而且可以做到很小(微米甚至納米級(jí))，從而參與混頻的兩路光的延遲時(shí)間可以控制到很小，解決了沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)(VISAR)的測(cè)速上限的問(wèn)題。本實(shí)用新型通過(guò)調(diào)整兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的厚度差可以輕松設(shè)置差頻信號(hào)的延遲時(shí)間，意味著兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的厚度差可以做得很小，兩個(gè)光路的延遲時(shí)間可以達(dá)到很小的量級(jí)。若工作波長(zhǎng)為532nm，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的厚度差為I微米，標(biāo)準(zhǔn)具采用熔融石英玻璃制作，則延遲時(shí)間約為5.17X10_15秒，這在以往的系統(tǒng)中通過(guò)減小標(biāo)準(zhǔn)具的厚度實(shí)現(xiàn)如此小的時(shí)間延遲是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀部件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中含有單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的延遲干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實(shí)用新型所提供的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]其中:
[0018]1-等比分束鏡；2_第一反射鏡；3_合束鏡；4_第二反射鏡；5_第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具；6-第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)是一套十分精密、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其干涉儀部件的結(jié)構(gòu)如圖1所示。多普勒頻移信號(hào)光進(jìn)入干涉儀之后，首先被等比分束鏡BSl (等比分束鏡I)分為兩束:反射部分經(jīng)反射鏡Ml (第一反射鏡2)反射后到達(dá)合束鏡BS2 (合束鏡3);透射部分經(jīng)反射鏡M2 (第二反射鏡4)反射后到達(dá)合束鏡BS2 (合束鏡3)。經(jīng)過(guò)BS2(合束鏡3)之后，兩束光重新重合并共線(xiàn)。圖1中兩束光之間沒(méi)有時(shí)間延遲，不會(huì)產(chǎn)生差拍信號(hào)。
[0020]若將干涉儀其中一個(gè)光路中加入時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具(第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具5)(厚度為h)，并將相應(yīng)光路的反射鏡向后移動(dòng)一段距離Λ Ζ，使得在有標(biāo)準(zhǔn)具折射的情況下，兩個(gè)光路在經(jīng)過(guò)BS2 (合束鏡3)之后能夠再次嚴(yán)格重合并共線(xiàn)，如圖2所示。由于兩個(gè)光路具有一定的時(shí)間延遲，若沖擊波的速度是隨時(shí)間變化的，多普勒信號(hào)光經(jīng)過(guò)干涉儀之后將產(chǎn)生差頻干涉，出現(xiàn)差拍信號(hào)。
[0021]為了提高沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)速上限，必須降低兩個(gè)光路之間的時(shí)間延遲，為此本案提出了如圖3所示的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，包括等比分束鏡1、第一反射鏡2、合束鏡3、第二反射鏡4以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具5 ;多普勒頻移信號(hào)光經(jīng)等比分束鏡I后形成反射光以及透射光；第一反射鏡2以及合束鏡3依次設(shè)置在反射光所在的光路上；第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具5、第二反射鏡4以及合束鏡3依次設(shè)置在透射光所在的光路上；透射光依次經(jīng)過(guò)第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具5、第二反射鏡4以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具5入射至合束鏡3 ;沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀還包括第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具6 ;反射光依次經(jīng)過(guò)第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具6、第一反射鏡2以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具6入射至合束鏡3。
[0022]第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具5以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具6的厚度是不同的。
[0023]本實(shí)用新型在干涉儀的兩個(gè)光路中分別放置厚度為hi和h2的標(biāo)準(zhǔn)具，二者厚度不等，其差異可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要設(shè)置。這樣，通過(guò)調(diào)整兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的厚度差可以輕松設(shè)置差頻信號(hào)的延遲時(shí)間，而目前的技術(shù)水平對(duì)厚度的測(cè)量精度是很高的(微米甚至納米級(jí))，這意味著兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的厚度差可以做得很小，兩個(gè)光路的延遲時(shí)間可以達(dá)到很小的量級(jí)。若工作波長(zhǎng)為532nm，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的厚度差為I微米，標(biāo)準(zhǔn)具采用熔融石英玻璃制作，則延遲時(shí)間約為5.17X 10_15秒，這在以往的系統(tǒng)中通過(guò)減小標(biāo)準(zhǔn)具的厚度實(shí)現(xiàn)如此小的時(shí)間延遲是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
[0024]本實(shí)用新型了提供了一種沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，它通過(guò)在參與混頻的兩個(gè)光路中分別放置一塊標(biāo)準(zhǔn)具，每塊標(biāo)準(zhǔn)具的厚度可以較厚，但兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的厚度差可以控制，而且可以做到很小(微米甚至納米級(jí))，從而參與混頻的兩路光的延遲時(shí)間可以控制到很小，解決了沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)(VISAR)的測(cè)速上限的問(wèn)題。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，包括等比分束鏡、第一反射鏡、合束鏡、第二反射鏡以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具；多普勒頻移信號(hào)光經(jīng)等比分束鏡后形成反射光以及透射光；所述第一反射鏡以及合束鏡依次設(shè)置在反射光所在的光路上；所述第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第二反射鏡以及合束鏡依次設(shè)置在透射光所在的光路上；所述透射光依次經(jīng)過(guò)第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第二反射鏡以及第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具入射至合束鏡；其特征在于:所述沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀還包括第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具；所述反射光依次經(jīng)過(guò)第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具、第一反射鏡以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具入射至合束鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，其特征在于:所述第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具的厚度是不同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沖擊波速度測(cè)量系統(tǒng)中的干涉儀，其特征在于:所述第一時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具以及第二時(shí)間延遲標(biāo)準(zhǔn)具均是平行平晶。
【文檔編號(hào)】G01J11/00GK203688076SQ201320849741
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】閆亞?wèn)|, 何俊華, 達(dá)爭(zhēng)尚, 董曉娜, 陳良益 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所