[发明专利]基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统。

背景技术

激光核聚变是目前普遍采用的一种人工可控核聚变，它在民用和军事上都具有十分重大的研究意义：为人类探索一种取之不尽的清洁核能源；用来研制“干净”(无放射污染)的核武器、发展高能激光武器；部分替代核实验。

因此，激光核聚变受到世界各核大国的高度重视，从20世纪70年代后半叶开始，俄、美、日、法、中、英等国相继开始高功率激光驱动器的研制。美国在此领域的研究处于领先地位，并于2009年正式建成包含192路的超大型激光驱动装置“NIF”；法国正在建设的MLF包含240路激光；日本也在酝酿建造大型激光驱动器，并计划在2015-2020年间完成可应用于发电的基础技术研究。中国也建立了一系列的激光驱动装置(星光系列、神光系列等)，2015年完成建设的国内最大的激光驱动装置“神光－Ⅲ”包含48路激光。

然而，美国NIF在2010年的点火没有成功，这在世界范围引起了较大的震惊。NIF随后的研究发现，原来在较小规模激光驱动器上验证的理论模型在NIF上不再适用，NIF打靶激光的背向散射份额大大超出了原来的预期值，打靶激光能量被大幅消弱，聚变燃料压缩对称性遭到破坏，导致点火失败，由此可见背向散射测量系统在认识一个新的激光驱动装置过程中起到的不可替代的作用。

国内对背向散射的研究起步也较早，背向散射诊断技术的发展大致经历了三个阶段：

第一阶段，采用玻璃球面镜对近背向散射光取样后进行测量，但该方案的物、镜体法向、像三者必须处于一条直线上，这种排布方式过于生硬，没有灵活性；

第二阶段，采用铝质离轴椭球镜对近背向散射光聚焦后进行测量，通过调整离轴量可实现任意光路布局、灵活度极大，且聚焦十分理想，但金属镜面的激光损伤阈值较低(小于1J/cm²)，在更大规模激光驱动装置上应用受限；

第三阶段，采用标准漫反射白板对近背向散射光漫反射，对漫反射光取样后测量，漫反射白板的激光损伤阈值(大于1.7J/cm²)能够满足更大规模激光驱动装置的测量需求。但是，在对漫反射光取样后进行近背向散射时间测量时，由于平面型漫反射白板上各点的漫反射光到达时间测量探头的光程不同，相互之间存在不同程度的时间差(2m×2m的平面漫反射板最大时间差可达ns量级，而待测背向散射时间过程也是数ns)，将成为时间测量系统的系统性误差，严重降低了时间测量系统的时间分辨率。

发明内容

本发明目的是提供一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，解决了现有的近背向散射光时间测量系统存在的系统误差大、时间分辨率低的技术问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于椭球面漫反射白板的近背向散射光时间测量系统，包括取样装置和测量装置，其特殊之处在于：所述取样装置包括球状真空靶室和取样光阑，所述球状真空靶室内设置有靶点和椭球面漫反射白板；打靶激光入射靶点产生的近背向散射光沿打靶反方向散射后由椭球面漫反射白板产生漫反射，漫反射光经取样光阑取样后进入测量装置；所述靶点位于椭球面漫反射白板的一个焦点上，所述取样光阑中心位于椭球面漫反射白板的另一个焦点上。

进一步地，上述测量装置包括沿光路传播方向依次设置的成像镜头、缩束正透镜和二向色镜；所述二向色镜将光谱分离后，长波被透射进入长波透射光测量单元，短波被反射进入短波反射光测量单元。

较佳地，上述长波透射光测量单元包括长波时间测量耦合镜和长波时间测量快光电管；长波透射光由长波时间测量耦合镜成像于长波时间测量快光电管所在的长波取样光阑像面上。

进一步地，上述长波取样光阑像面上设置有长波光吸收陷阱。

进一步地，上述长波取样光阑像面上还设置有长波光谱取样光纤。

较佳地，上述短波反射光测量单元包括短波时间测量耦合镜和短波时间测量快光电管；短波反射光由短波时间测量耦合镜成像于短波时间测量快光电管所在的短波取样光阑像面上。

进一步地，上述短波取样光阑像面上设置有短波光吸收陷阱。

进一步地，上述短波取样光阑像面上还设置有短波光谱取样光纤。

较佳地，上述成像镜头将椭球面漫反射白板成像于一次像面上，所述一次像面上设置有杂散光滤波装置。

本发明的有益效果在于：