一种新的线成像激光干涉测速系统

设计并搭建了一种新的线成像激光干涉测速系统,用于小样品材料的冲击波诊断或飞片速度测量。系统采用梳状干涉条纹做为信号载体,利用1维光纤阵列＋光电倍增管＋数字示波器替代变像管扫描相机作为记录设备,记录伪推挽四路干涉信号,实现1 ns时间分辨和86 μm空间分辨。用它测量了脉冲激光驱动铝膜飞片的速度场,获得对比度较好的信号,数据处理结果揭示了飞片加速过程将近20 ns,飞片的平面度为14.8 mrad。实验证明,该线成像激光干涉测速系统具有一定实用性。     

用于激光驱动飞片诊断的线成像速度干涉仪

设计并建立了一套完整的线成像激光干涉测速系统,用于激光驱动技术中小尺寸飞片或样品一条线上所有点的速度测量。它将激光压缩为线状照射到靶面,用成像物镜收集靶面的漫反射光并传递到广角迈克尔逊干涉腔中形成干涉,产生的梳妆干涉条纹作为信号载体,用变像管扫描相机记录条纹随时间的变化,用不同位置的条纹移动量反推出不同位置的速度分布,实现空间分辨。系统具有50 ps响应时间和20 μm空间分辨能力。用该系统测量了激光驱动飞片的速度场,清晰的扫描干涉图像直观显示了飞片的运动过程和各点的速度差异。用傅里叶变换方法对干涉图像进行处理,得到了靶面一条线的速度和位移分布。     

多点激光干涉测速系统和电探针技术在飞片速度测量中的应用对比

 多点激光干涉测速系统和电探针技术均可用于测量高速运动物体的运动参数,为了相互验证测试结果,分析测试系统各因素对测量精度的影响,在平面爆轰波驱动飞片的实验中,利用多点激光干涉测速系统和多组电探针,同时测量金属飞片的自由面速度。将多点激光干涉测速系统测得的飞片速度-时间曲线进行积分,得到飞片的位移-时间曲线,并与电探针测得的飞片到达预定位置的时刻进行对比。结果表明：多点激光干涉测速系统各测点测得的飞片自由面速度随时间的变化曲线一致,各测点测得的速度最大相对偏差为1.45%;对两套测试系统的零时及信号传输时间进行修正后得到,当飞片飞行至5、10、15 mm位置时,电探针测得的飞片到达时刻与多点激光干涉测速系统测试结果的最大偏差值分别为0.02、0.02、0.07 μs;两套系统在同一测点的测试差值随飞片飞行距离的增加而增加,其原因可能是,炸药透镜的波形差对飞片运动的影响随着飞片飞行距离的增加而增大。     

时分复用激光干涉测速技术研究

为了探索和发展瞬态激光干涉测量技术,本文从理论上对激光差频干涉测速度技术进行了分析,并对该技术的应用基础和发展前景进行了剖析.基于对该技术中关键技术的分析、讨论,提出了时分复用激光干涉测速技术的概念.充分利用了激光差频干涉测速技术中的延迟时间τ,在时间段0~τ和τ之后,激光干涉分别体现的是测位移技术和测速度技术,从而可较好地确定冲击与爆轰等物理过程中的第一冲击前沿的速度值(解决条纹丢失的不确定性);同时在硬件要求不太高(降低对记录用示波器等的带宽和采样率的要求)的情况下,保证有较高的速度测量上限.结合爆轰与冲击物理过程特性的考虑,通过选择合适的干涉测试技术参量,设计并建立了光纤时分复用激光干涉测速系统,进行了时分复用激光干涉测速技术的初步应用研究,获得了较好的应用结果,从而验证了该技术的有效性.     

激光驱动飞片的线面成像VISAR测速技术

以激光驱动飞片速度场诊断为例,展示线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)技术在超高速碰撞研究中的应用前景。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹随时间的变化,实现靶面一条线上各点速度历程和多个时刻二维靶面上所有点速度相对分布的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有10μm的空间分辨和约15m/s的速度分辨能力。用其测量了激光驱动铝膜飞片的速度场,直观给出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR技术可以为激光驱动飞片、超高速碰撞等领域的理论研究和数值模拟提供有效比对实验数据。     

自干涉合成孔径激光三维成像雷达原理

在直视合成孔径激光成像雷达(SAL)的基础上,提出了一种自干涉的产生三维成像的原理方法。首先对于交轨向正扫描和反扫描的柱面镜进行位置偏置,造成交轨向成像频谱的平移并产生相对线性相延,然后逐一对一对交轨向正扫描和反扫描收集聚焦像进行相干叠加,并由此产生自干涉。自干涉产生的交轨向平展条纹对于目标面的倾斜投射即可产生包含目标高度信息的波痕干涉图,最后通过解包裹算法产生表征目标表面轮廓的等位线图。本方法采用一发一收的雷达结构通过单航过干涉法实现三维成像,结构简单,原理有效,同时具有抗大气、运动平台等相位干扰能力。     

激光驱动飞片的线面成像VISAR测速技术

以激光驱动飞片速度场诊断为例,展示线面同时成像任意反射面速度干涉仪（VISAR）技术在超高速碰撞研究中的应用前景。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹随时间的变化,实现靶面一条线上各点速度历程和多个时刻二维靶面上所有点速度相对分布的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有10 m的空间分辨和约15 m/s的速度分辨能力。用其测量了激光驱动铝膜飞片的速度场,直观给出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR技术可以为激光驱动飞片、超高速碰撞等领域的理论研究和数值模拟提供有效比对实验数据。     

一种新型干涉成像光谱仪光学系统研究

介绍了一种新型静态干涉成像光谱仪—ＬＡＳⅡ形式的大孔径静态干涉成像光谱仪的原理、系统特性及要求,并对前置光学系统做了深入研究,光学系统的要求从全局考虑,实现普通玻璃复消色差,调制传递函数在３０对线时达到０．４以上。仪器具有原理简单、成本低（不高于色散型成像光谱仪的研制成本）、体积超小等特点。     

干涉成像系统信噪比的统计分析

根据统计光学建立了干涉成像系统信噪比的理论模型,数值分析了干涉成像系统信噪比与系统参数之间的关系。分析结果表明：为了提高系统的信噪比,应提高信号光场强度与噪声光场强度之比,使参考光和测试光光强接近相等,降低系统中光学元件的数量和每个元件的偏差,使光源相干长度约为测试光和参考光间光程差的2~5倍。要使信噪比大于10,则要求系统中光学元件总偏差的标准差小于1/4波长。信噪比的统计理论模型可为干涉成像系统设计和干涉测量提供理论指导。     

干涉成像系统信噪比的统计分析

根据统计光学建立了干涉成像系统信噪比的理论模型,数值分析了干涉成像系统信噪比与系统参数之间的关系。分析结果表明:为了提高系统的信噪比,应提高信号光场强度与噪声光场强度之比,使参考光和测试光光强接近相等,降低系统中光学元件的数量和每个元件的偏差,使光源相干长度约为测试光和参考光间光程差的2～5倍。要使信噪比大于10,则要求系统中光学元件总偏差的标准差小于1/4波长。信噪比的统计理论模型可为干涉成像系统设计和干涉测量提供理论指导。     

用于冲击诊断的成像速度干涉仪

为了诊断测量激光驱动冲击波,研制了具有空间分辨力的成像型速度干涉仪。该干涉仪主要包括输入部分、像传递部分及干涉部分,探测光采用波长为532 nm的单纵模激光。 在靶位放置一分线板,经过测量,其空间分辨力小于10 μm。基于天光KrF准分子激光系统的参数,设计并自制含有烧蚀层的单台阶金属靶,利用成像型速度干涉仪测量到了金属铝靶内的冲击波速度。     

用于冲击诊断的成像速度干涉仪

为了诊断测量激光驱动冲击波,研制了具有空间分辨力的成像型速度干涉仪.该干涉仪主要包括输入部分、像传递部分及干涉部分,探测光采用波长为532 nm的单纵模激光.在靶位放置一分线板,经过测量,其空间分辨力小于10μm.基于天光KrF准分子激光系统的参数,设计并自制含有烧蚀层的单台阶金属靶,利用成像型速度干涉仪测量到了金属铝...     

光纤速度干涉仪

本文提出了一种用光纤作为延迟臂的新型速度干涉仪——光纤速度干涉仪,用以测量速度随时间的变化。选取不同长度的光纤,可测不同的速度范围。它扩展了测速范围,提高了测量精度。该系统提供两个相位差为90°的信号,因而提高了分辨率,并可鉴别加速与减速。     

辐射驱动冲击波速度被动式测量

在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上采用了辐射驱动冲击波速度被动式测量技术,对冲击波发光图像信噪比进行了理论分析和实验研究,结果表明:靶室内杂散光比冲击波信号至少强4个量级以上,是影响信噪比的关键因素。据此提出了信噪比控制技术,通过电磁屏蔽优化,采用了基于光触发的快时间分辨测量技术,提高了冲击波速度测量精度。基于冲击波测量辐射温度,对辐射驱动冲击波速度被动式测量技术进行了考核。实验测量的冲击波发光图像清晰,数据信噪比及冲击波速度和物理预期一致,验证了技术的可靠性。     

辐射驱动冲击波速度被动式测量

在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上采用了辐射驱动冲击波速度被动式测量技术,对冲击波发光图像信噪比进行了理论分析和实验研究,结果表明：靶室内杂散光比冲击波信号至少强4个量级以上,是影响信噪比的关键因素。据此提出了信噪比控制技术,通过电磁屏蔽优化,采用了基于光触发的快时间分辨测量技术,提高了冲击波速度测量精度。基于冲击波测量辐射温度,对辐射驱动冲击波速度被动式测量技术进行了考核。实验测量的冲击波发光图像清晰,数据信噪比及冲击波速度和物理预期一致,验证了技术的可靠性。     

一种新型全光纤速度干涉仪

基于传统速度干涉仪(VISAR)和光纤速度干涉仪(AFVISAR)的特点,提出了一种由光纤和光纤耦合器组成的工作波长为532 nm的新型全光纤速度干涉仪（NAFVISAR）。该干涉仪采用多模光纤器件构成分离系统,单模光纤器件组成核心部分。由于有两路携带不同信息的光束经不同路径传输到耦合器中,当这两路光束满足干涉条件时,可利用它们的干涉场信息来调解出被测靶的信息,从而区分波面的加减速变化。用该系统进行了Hopkinson森杆一维应力加载下的入射杆端面的速度剖面测试,实测速度最大值为49.36 m/s,与理论速度的最大值50.16 m/s基本符合,实现了全光纤速度干涉仪的实用化。