[发明专利]激光共焦干涉核聚变靶丸形貌轮廓参数测量方法与装置

权利要求书

1.激光共焦干涉核聚变靶丸形貌轮廓参数综合测量方法，其特征在于：利用激光共焦技术对聚变靶丸(13)壳层的内、外表面进行精密层析定焦获得几何轮廓参数，利用短相干干涉技术对聚变靶丸(13)进行干涉测量获得形貌参数，结合激光共焦技术和短相干干涉技术实现核聚变靶丸(13)形貌轮廓参数综合测量，所述核聚变靶丸(13)形貌轮廓参数包括核聚变靶丸(13)的内、外表面三维轮廓、外表面形貌和壳层厚度分布，包括以下步骤：

步骤一、光源系统(1)经过准直透镜(2)准直为平行光束，平行光束被分光镜A(3)反射后被分光镜B(21)分为透射照明光束和反射照明光束，反射照明光束由测量物镜(5)会聚为一点对聚变靶丸(13)进行照明并被反射，携带聚变靶丸(13)信息的反射光束透过测量物镜(5)后形成测量光束，测量光束被分光镜B(21)分为透射测量光束和反射测量光束，反射测量光束透过分光镜A(3)进入共焦探测系统(6)，在共焦探测系统(6)中光束经过会聚镜(7)会聚后透过位于会聚镜(7)焦点处的针孔(9)被位于针孔(9)后的光电探测器(10)接收；透射照明光束进入干涉臂(24)被反射后再次被分光镜B(21)反射，与透射测量光束形成共路干涉，干涉光束经过成像会聚镜(22)会聚后被干涉CCD(23)接收；

步骤二、使计算机(16)控制物镜驱动系统(4)带动测量物镜(5)对聚变靶丸(13)进行轴向扫描，同时计算机(16)采集光电探测器(10)接收到的光强信号进行如下公式的归一化处理即可得到共焦曲线(17)，通过差动共焦曲线(17)对聚变靶丸(13)的进行层析定焦，当测量光束会聚点分别与聚变靶丸(13)的内、外表面以及球心位置重合时，I_C(x,y,z)的值为最大，监测I_C(x,y,z)的强度，依次记录I_C(x,y,z)的区域最大位置的z坐标Z_o,Z_i和Z_c，即可得到聚变靶丸(13)对应光轴方向的内、外表面测量点以及球心的轴向光学坐标Z_o,Z_i和Z_c；

其中I(x,y,z)为光电探测器(10)接收到的光强信号，MAX[I(x,y,z)]为I(x,y,z)的最大值，I_C(x,y,z)为归一化共焦信号，通过归一化共焦信号得到的共焦曲线(17)有效抑制聚变靶丸(13)表面属性差异影响和系统光源功率飘移，对聚变靶丸(13)进行准确的定焦；

步骤三、将聚变靶丸(13)的壳层材料折射率n和外表面曲率半径R_o代入如下公式，计算得到聚变靶丸(13)的壳层光轴方向的厚度t；

其中NA为测量物镜(5)的数值孔径；

步骤四、利用聚变靶丸(13)的内、外表面以及球心的光学坐标Z_o,Z_i和Z_c和厚度t计算得到聚变靶丸(13)的内、外表面物理坐标z_i和z_o：

步骤五、当测量物镜(5)的会聚光束聚焦到聚变靶丸(13)的球心位置Z_c附近时，使计算机(16)驱动干涉臂(24)轴向运动产生光束相位变化，通过干涉CCD(23)获得靶丸外表面的光轴区域的移相干涉图Ψ；

步骤六、利用回转驱动系统(15)驱动聚变靶丸(13)进行水平回转一周，在靶丸水平圆周上的各个点位置重复步骤一至步骤五，依次获得聚变靶丸(13)水平面圆周的内外表面物理坐标点集合(z_o,z_i)_i和移相干涉图Ψ_i；

步骤七、利用正交回转系统(14)驱动聚变靶丸(13)进行步进正交回转驱动，每驱动一步重复步骤一至步骤六，依次获得聚变靶丸(13)的内外表面三维物理坐标点集合{[(z_o,z_i)_i]_j}和移相干涉图(Ψ_i)_j；

步骤八、计算机(16)对三维物理坐标点集合{[(z_o,z_i)_i]_j}和移相干涉图(Ψ_i)_j进行三维重构和解包裹计算即可得到靶丸的内、外表面三维轮廓、外表面形貌和壳层厚度分布，实现核聚变靶丸(13)形貌轮廓参数的综合测量。