本發(fā)明涉及激光等離子體診斷，具體涉及多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、光學(xué)湯姆遜散射(ots)作為高能量密度物理領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)重要診斷工具，通過分析激光與等離子體內(nèi)自由電子相互作用產(chǎn)生的散射光譜，獲取等離子體的狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)散射光譜攜帶熱波動(dòng)信息時(shí)，稱之為熱相干湯姆遜散射(tcts)，主要用于測(cè)量電子溫度、密度、離子溫度及流動(dòng)速度等。而當(dāng)散射光譜反映由不穩(wěn)定性引發(fā)的電子密度波動(dòng)時(shí)，則稱為超熱相干湯姆遜散射(stcts)，主要用于探究不穩(wěn)定性的發(fā)展機(jī)制及其動(dòng)力學(xué)特性。

2、在不穩(wěn)定性研究中，同步獲取電子密度波動(dòng)的時(shí)間與空間頻譜信息至關(guān)重要。因此，stcts不僅要求散射光的光譜測(cè)量，還需涵蓋其空間角分布。鑒于高能密度物理實(shí)驗(yàn)中不穩(wěn)定性過程的瞬態(tài)特性，所測(cè)數(shù)據(jù)必須具備時(shí)間分辨能力。此外，由于實(shí)驗(yàn)間的可重復(fù)性受限，單次實(shí)驗(yàn)中取得帶有時(shí)間分辨的光譜與角分布數(shù)據(jù)尤為關(guān)鍵。進(jìn)一步地，某些實(shí)驗(yàn)可能僅關(guān)注特定立體角內(nèi)的散射光譜，因此靈活調(diào)整測(cè)量立體角的能力對(duì)于深入理解不穩(wěn)定性機(jī)制極為有益。

3、然而，現(xiàn)有的ots系統(tǒng)通常僅能同步提供兩維的信息--要么是散射光的時(shí)間演化與光譜分布，要么是散射光的角分布與光譜分布，卻無法同時(shí)獲取散射光的時(shí)間行為、光譜分布與角分布三個(gè)維度的數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決無法同時(shí)獲取散射光的時(shí)間行為、光譜分布與角分布三個(gè)維度的數(shù)據(jù)的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)靈活選擇光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量立體角，本發(fā)明提供的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，所采用的技術(shù)方案具體如下：

2、本發(fā)明第一方面技術(shù)方案提供了多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，包括第一支路，第一支路包括依次設(shè)置的靶點(diǎn)等離子體、保護(hù)玻璃、可調(diào)光闌、第一收光透鏡、第一成像透鏡、第一濾片組合、光柵光譜儀、半?yún)^(qū)衰減片、第一光學(xué)條紋相機(jī)以及第一計(jì)算機(jī)，所述系統(tǒng)還包括半透半反鏡以及第二支路，所述半透半反鏡設(shè)于第一成像透鏡與第一濾片組合之間，經(jīng)半透半反鏡透射的第一散射光射入第一濾片組合，經(jīng)半透半反鏡反射的第二散射光射入第二支路。

3、進(jìn)一步地，所述第二支路包括依次設(shè)置的第二濾片組合、空間濾波限孔、第二收光透鏡、漫散射板、第二成像透鏡、第二光學(xué)條紋相機(jī)以及第二計(jì)算機(jī)，第二光學(xué)條紋相機(jī)與第二計(jì)算機(jī)電連接。

4、進(jìn)一步地，所述空間濾波限孔與第一成像透鏡的焦點(diǎn)位置對(duì)齊，所述第二收光透鏡的焦點(diǎn)位置與空間濾波限孔對(duì)齊。

5、進(jìn)一步地，所述第二收光透鏡的f數(shù)小于等于第一成像透鏡的f數(shù)。

6、進(jìn)一步地，所述漫散射板的尺寸大于第二收光透鏡透射的平行光的孔徑尺寸。

7、進(jìn)一步地，所述漫散射板用于射出漫散射光至第二成像透鏡，第二成像透鏡成像至第二光學(xué)條紋相機(jī)的陰極上，用于測(cè)量第二散射光的時(shí)間分辨角分布數(shù)據(jù)。

8、進(jìn)一步地，所述光柵光譜儀用于對(duì)第一散射光進(jìn)行光譜色散，光柵光譜儀的像點(diǎn)位于第一光學(xué)條紋相機(jī)的陰極上，用于測(cè)量第一散射光的時(shí)間分辨光譜分布數(shù)據(jù)。

9、進(jìn)一步地，所述第一收光透鏡的f數(shù)為2至4。

10、本發(fā)明第二方面技術(shù)方案提供了多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括本發(fā)明第一方面技術(shù)方案所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，所述方法包括：

11、將第一支路和第二支路瞄準(zhǔn)同一目標(biāo)區(qū)域；

12、利用第一支路測(cè)量湯姆遜散射光的時(shí)間分辨光譜分布數(shù)據(jù)，利用第二支路測(cè)量湯姆遜散射光的時(shí)間分辨角分布數(shù)據(jù)，包括：

13、調(diào)節(jié)可調(diào)光闌通光口徑大于第一收光透鏡的口徑，從靶點(diǎn)等離子體發(fā)射的湯姆遜散射光經(jīng)第一收光透鏡轉(zhuǎn)換為平行光進(jìn)行中繼傳輸，然后由第一成像透鏡進(jìn)行會(huì)聚成像，經(jīng)半透半反鏡透射為第一散射光并反射為第二散射光，第一散射光透射進(jìn)入第一濾片組合并成像至光柵光譜儀，光柵光譜儀對(duì)第一散射光進(jìn)行光譜色散，經(jīng)半?yún)^(qū)衰減片衰減后，成像至第一光學(xué)條紋相機(jī)陰極上，第一光學(xué)條紋相機(jī)對(duì)陰極上的光譜信號(hào)進(jìn)行時(shí)間分辨測(cè)量，第一計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并記錄時(shí)間分辨光譜分布數(shù)據(jù)；

14、第二散射光反射進(jìn)入第二支路，獲取時(shí)間分辨角分布數(shù)據(jù)。

15、進(jìn)一步地，所述方法還包括：

16、測(cè)量目標(biāo)立體角內(nèi)的湯姆遜散射光的時(shí)間行為和光譜分布，包括：根據(jù)時(shí)間分辨角分布數(shù)據(jù)，以保障只有目標(biāo)立體角內(nèi)的湯姆遜散射光能夠從可調(diào)光闌透過為目標(biāo)調(diào)整可調(diào)光闌的位置和尺寸；

17、利用第一支路，獲取目標(biāo)立體角內(nèi)湯姆遜散射光的時(shí)間分辨光譜分布。

18、本發(fā)明具有如下有益效果：

19、本發(fā)明提供的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，通過設(shè)置第一支路和第二第二支路，能夠在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)發(fā)次中，同時(shí)獲取來自同一目標(biāo)區(qū)域的湯姆遜散射光的時(shí)間分辨光譜分布數(shù)據(jù)和時(shí)間分辨角分布數(shù)據(jù)；另一方面，可調(diào)光闌的尺寸和位置可任意調(diào)節(jié)，提升了測(cè)量立體角選擇的靈活性。

技術(shù)特征：

1.多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，包括第一支路，第一支路包括依次設(shè)置的靶點(diǎn)等離子體、保護(hù)玻璃、可調(diào)光闌、第一收光透鏡、第一成像透鏡、第一濾片組合、光柵光譜儀、半?yún)^(qū)衰減片、第一光學(xué)條紋相機(jī)以及第一計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括半透半反鏡以及第二支路，所述半透半反鏡設(shè)于第一成像透鏡與第一濾片組合之間，經(jīng)半透半反鏡透射的第一散射光射入第一濾片組合，經(jīng)半透半反鏡反射的第二散射光射入第二支路。

2.如權(quán)利要求1所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第二支路包括依次設(shè)置的第二濾片組合、空間濾波限孔、第二收光透鏡、漫散射板、第二成像透鏡、第二光學(xué)條紋相機(jī)以及第二計(jì)算機(jī)，第二光學(xué)條紋相機(jī)與第二計(jì)算機(jī)電連接。

3.如權(quán)利要求2所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述空間濾波限孔與第一成像透鏡的焦點(diǎn)位置對(duì)齊，所述第二收光透鏡的焦點(diǎn)位置與空間濾波限孔對(duì)齊。

4.如權(quán)利要求3所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第二收光透鏡的f數(shù)小于等于第一成像透鏡的f數(shù)。

5.如權(quán)利要求4所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述漫散射板的尺寸大于第二收光透鏡透射的平行光的孔徑尺寸。

6.如權(quán)利要求5所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述漫散射板用于射出漫散射光至第二成像透鏡，第二成像透鏡成像至第二光學(xué)條紋相機(jī)的陰極上，用于測(cè)量第二散射光的時(shí)間分辨角分布數(shù)據(jù)。

7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵光譜儀用于對(duì)第一散射光進(jìn)行光譜色散，光柵光譜儀的像點(diǎn)位于第一光學(xué)條紋相機(jī)的陰極上，用于測(cè)量第一散射光的時(shí)間分辨光譜分布數(shù)據(jù)。

8.如權(quán)利要求7所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一收光透鏡的f數(shù)為2至4。

9.多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，包括權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)，所述方法包括：

10.如權(quán)利要求9所述的多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于，所述方法還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及激光等離子體診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多信使光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，所述測(cè)量系統(tǒng)包括第一支路，第一支路包括依次設(shè)置的靶點(diǎn)等離子體、保護(hù)玻璃、可調(diào)光闌、第一收光透鏡、第一成像透鏡、第一濾片組合、光柵光譜儀、半?yún)^(qū)衰減片、第一光學(xué)條紋相機(jī)以及第一計(jì)算機(jī)，所述系統(tǒng)還包括半透半反鏡以及第二支路，所述半透半反鏡設(shè)于第一成像透鏡與第一濾片組合之間，經(jīng)半透半反鏡透射的第一散射光射入第一濾片組合，經(jīng)半透半反鏡反射的第二散射光射入第二支路。其目的在于，解決無法同時(shí)獲取散射光的時(shí)間行為、光譜分布與角分布三個(gè)維度的數(shù)據(jù)的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)靈活選擇光學(xué)湯姆遜散射測(cè)量立體角。

技術(shù)研發(fā)人員：龔韜,趙航,劉耀遠(yuǎn),李琦,潘凱強(qiáng),陳朝鑫,秦雪龍,李三偉,李志超,楊冬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國工程物理研究院激光聚變研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19