[发明专利]用于集束打靶激光的全孔径背向散射光测量系统

说明书

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种用于集束打靶激光的全孔径背向散射光测量系统，该系统包括多个具有同一离轴抛物面面型的反射型散射板，所有反射型散射板的反射面位于同一个抛物面上，所述抛物面的焦点处设置有探头组。本发明采用一个探头组直接对多个反射型散射板的漫反射光叠加信号进行测量，具体包括空间分布测量、光谱测量、时间测量、能量测量等，本发明显著简化了取样和测量光路，具有效率高、体积小、光路简单、能量损伤阈值高等优点。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种用于集束打靶激光的全孔径背向散射光测量系统。

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束的超大型激光驱动装置“NIF”；法国正在建设的MLF包含240束激光；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束激光。

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，在未来的激光聚变驱动装置建设中，一方面要增加驱动激光的路数、提升驱动能力，另一方面要重视背向散射光的测量、加强背向散射物理机理的研究。

国内规划的点火装置，其规模将远超世界上在运行及在建的任何一个激光驱动装置，激光束总数庞大，靶场光路错综复杂，空间异常紧张；另外，它采用8束集束打靶(8束激光紧密排布，并行导入靶室)，局部激光束过于集中，大幅压缩了单束激光可利用的诊断空间。

现有的全孔径背向散射光测量系统不适用于未来的点火装置，主要有以下几方面的原因：

(1)效率低

一套设备只能测量1束打靶激光的全孔径背向散射光，应用于多束激光集束打靶的大规模激光驱动装置中时，每束激光都要单独测量，效率较低；

(2)体积大

单束全孔径背向散射光束是横截面为400mm×400mm的平行光，为了实现缩束测量，要求缩束元件的口径大(φ600mm)、焦距长(f：3m)，这导致单束全孔径背向散射光测量系统的体积很大(2.0m×1.0m×2.2m)。在未来的点火装置靶场空间十分紧张的情况下，将之应用于点火装置是不现实的；

(3)光路复杂

现有的全孔径背向散射光测量系统将大口径光束缩束之后，后继光路十分复杂：缩束后的光束被二向色镜光谱分离，分为长波和短波两分支；在两个分支中分别进行空间滤波、准直、取样及空间分布测量、取样及光谱测量、取样及时间测量、取样及能量测量；光路异常复杂。

(4)能量损伤阈值低

现有系统中的大口径、长焦离轴抛物镜采用的是铝镜，铝镜的激光损伤阈值较低(小于0.5J/cm²)，因此全孔径背向散射光到达铝镜前还需要经过一个大口径分光镜的衰减。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种用于集束打靶激光的全孔径背向散射光测量系统，具有效率高、体积小、光路简单、能量损伤阈值高等优点。