[发明专利]一种等离子体诊断用显微镜调焦装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及成像系统的装调领域，尤其是涉及一种等离子体诊断用显微镜调焦装置及其应用。

背景技术

在等离子体诊断实验中，Schwarzschild(施瓦兹希尔德)成像系统工作在极紫外波段，所以成像系统的光路必须处于真空环境。在每次实验抽真空过程中，由于大气压的影响，诊断装置的真空腔会向中心收缩，并且物理靶也会产生少量的偏移。所以，在抽真空结束后要重新精确调节成像系统，使其最佳物点与实验用的物理靶重合。这就需要建立一套能够对真空中的物镜进行指向和轴向精确调节的调焦装置。另外，诊断实验对Schwarzschild显微镜的成像性能要求为：在2mm视场内实现5μm的分辨率。为达到实验对成像分辨率的要求，靶点沿物镜光轴方向偏离成像系统最佳物点的允许量为15μm，垂轴方向允许的偏离量为0.1mm，所以，该调焦装置的精度至少要达到：轴向15μm，垂轴方向0.1mm。

目前，美国国家点火装置NIF上的诊断系统普遍采用DIM装置结合靶场观测设备将成像系统送到真空腔内指定的位置。该设备可以提供NIF靶室内激光聚变实验各种诊断设备搭载功能，以及精确径向定位、指向和装调的装置，使诊断设备在不破坏靶室系统真空的情况下更换诊断包。该装置可以搭载最大直径为300mm，长3m的诊断设备，其轴向定位精度为±250μm；垂直光轴方向定位精度为±25μm，角度指向调节量为±2°。DIM在轴向的定位精度为±250μm，该精度能够满足绝大部分诊断设备的精度要求，但是，本发明所描述的正入射结构的Schwarzschild显微镜具有较大的数值孔径，在波长一定的情况下，其景深小，仅为15μm，显然DIM的轴向精度无法满足要求。而且，DIM结构极为复杂，目前我国还没有研制出应用在强激光诊断装置上的类似设备。目前，在国内强激光装置上与诊断系统配套的调焦装置均是在抽真空之前对成像系统进行调节，无法在抽真空结束后再对整套成像系统进行调节，这就无法消除抽真空过程中靶腔的收缩对系统瞄准精度产生的影响。

另外，针对强激光诊断装置上所应用的诊断成像设备，传统的调焦方法是确定物点到成像系统物镜的距离，而采用调节系统的CCD探测器像面的位置，使像距满足已经确定的物距要求。对于这种调焦方法而言，若成像系统的景深较大，也就是说系统对物距的要求不太严格的情况下，采用上述的调焦方法是可行的。但是，对于Schwarzschild显微镜，其景深仅为15μm，要保证真空腔中一点与物镜的距离达到15μm的精度是比较困难的。Schwarzschild显微镜的放大倍率为10，所以其焦深为景深的100倍，即1.5mm，通过机械件完全能够达到这个精度。所以，采用固定像距调节物距的方法，并结合精密的一维调节平移台(调节精度可达5μm)，可以显著提高成像系统的调焦精度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以在靶腔外面调节处于真空状态的靶腔内部物镜的轴向平移和指向，且调焦精度高、效率快，还能保护CCD探测器像元的有利于提高调焦的精度和效率等离子体诊断用显微镜调焦装置及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种等离子体诊断用显微镜调焦装置，用于调节成像系统的物镜与物点之间的距离，所述的成像系统包括靶腔法兰、物镜、主筒、CCD探测器；其特征在于，该装置包括L型支架、带滑动块的一维调节平移台、U型支架、波纹管、向心关节轴承、指向调节器，所述的L型支架与靶腔法兰连接，所述的一维调节平移台设置在L型支架上，所述的U型支架固定设置在一维调节平移台的滑动块上，该U型支架的一端与向心关节轴承固定连接，另一端与指向调节器固定连接，所述的波纹管的一端与L型支架连接，另一端与U型支架连接，所述的主筒的一端与CCD探测器通过法兰连接，另一端依次穿过指向调节器、U型支架、向心关节轴承、波纹管、L型支架后与物镜通过法兰连接，所述的向心关节轴承通过轴承连接件与主筒连接，所述的轴承连接件一端与主筒焊接，另一端通过螺钉与向心关节轴承连接。

该装置还包括真空闸板阀，该真空闸板阀通过法兰与主筒连接。

所述的一维调节平移台为方轨一维梯形丝杠调节平移台。

所述的指向调节器驱动主筒沿两垂直的方向调节移动。