[发明专利]基于散射板散射取样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，具体涉及一种基于散射板散射取样的全孔径背向散射光测量系统，该系统包括离轴抛物面型散射板和位于离轴抛物面型散射板焦点处的探头组，所述探头组包括两个能量测量单元、两个时间测量单元、两个光谱测量单元、一个标定探头单元和一个空间分布测量单元。本发明采用一个探头组直接对离轴抛物面型散射板的漫反射光进行测量，具体包括空间分布测量、光谱测量、时间测量、能量测量等，显著简化了取样和测量光路，克服了采用长焦聚焦镜的系统体积庞大的缺点，特别适合于多束激光合束打靶的情况，能够满足大规模激光驱动装置全孔径背向散射诊断的需求。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种基于散射板散射取样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建造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两个阶段：

第一阶段，采用大口径、长焦距菲涅尔透镜聚焦全孔径背向散射光，在焦点附近进行光学测量。但由于菲涅尔透镜采用光学塑料制作，其在强光作用下非线性效应严重，其应用受到制约。

第二阶段，采用大口径金属离轴抛物面反射镜聚焦全孔径背向散射光，并在光束聚焦之前利用二向色镜将光束光谱分离(分为拉曼散射光谱和布里渊散射光谱)。分离后，在拉曼散射光束和布里渊散射光束的焦点处分别实施空间滤波，滤除杂散光的干扰；然后，分别将两光束准直并多次取样，依次进行空间分布测量、光谱测量、时间测量、能量测量。该方案通过滤波防杂光效果较佳，但金属离轴抛物镜激光损伤阈值不高，且系统体积较为庞大。未来超大规模激光聚变装置的全孔径背向散射能量必将更高，金属镜极易损伤；且其光束集成度更高，空间有限，体积庞大的诊断设备难以适用。

发明内容

本发明目的是提供一种基于散射板散射取样的全孔径背向散射光测量系统，解决了现有的诊断设备存在的损伤阈值低、体积庞大的技术问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于散射板散射取样的全孔径背向散射光测量系统，其特殊之处在于：包括离轴抛物面型散射板和位于离轴抛物面型散射板焦点处的探头组，所述探头组包括两个能量测量单元、两个时间测量单元、两个光谱测量单元、一个标定探头单元和一个空间分布测量单元；两个能量测量单元分别用于进行长波能量测量和短波能量测量，两个时间测量单元分别用于进行长波时间测量和短波时间测量，两个光谱测量单元分别用于进行长波光谱测量和短波光谱测量。

优选地，上述能量测量单元包括沿光路方向依次设置的能量测量带通滤光片、能量测量可变光阑、能量测量聚光镜头和能量计。

进一步地，在用于长波能量测量的能量测量单元中，能量测量带通滤光片的通光带宽为400-700nm；在用于短波能量测量的能量测量单元中，能量测量带通滤光片的通光带宽为351±3nm。