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。     

成像型速度干涉仪

介绍了应用于超高压条件下的成像型速度干涉仪技术的光路结构和基本原理,该技术在传统速度干涉仪技术的基础上进行了改进,将收光部分改为成像系统,记录系统使用条纹相机,从而能够诊断高速冲击波信号。给出了全系统的光路图,提出了各分系统的参数要求。针对系统硬件,给出了探针光源、成像系统的基本参数,给出了三点支撑干涉仪的设计图,分析了记录系统的基本参数。对于静态实验,拍摄了静态靶的照片,并对静态靶照片进行了初步的分析：发现可以通过条纹对比度的变化初步判断像与靶的对应程度。     

成像型任意反射面速度干涉仪研制

成像型任意反射面速度干涉仪是激光驱动冲击波研究的重要诊断设备,主要应用于惯性约束聚变脉冲整形实验、高压状态方程实验研究和材料特性研究.基于传统任意反射面速度干涉仪的特点,研制了一台基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪,该系统可用于测量自由面速度及透明介质中的冲击波速度.给出了成像型任意反射面速度干涉仪的详细设计要点.对系统性能进行了分析及测试,结果表明时间分辨优于30 ps,物方空间分辨约为10 μm,测速范围为6～45 km/s.     

成像型速度干涉仪散斑成因的研究

在冲击波过程中,利用成像型速度干涉仪探测样品自由面的速度时,散斑的叠加使得干涉曲线被严重干扰,影响了速度信息的精密提取。在理论上从光路的角度分析了系统中可能造成散斑的两种因素:靶面粗糙度和多模光纤。在实验上设计了三种照明方式分别对这两种因素进行验证。离线实验的结果表明,多模光纤的引入对散斑的产生起了主要的作用,这对抑制乃至遏制散斑的产生具有很好的指导性意义。     

成像型速度干涉仪散斑成因的研究

在冲击波过程中,利用成像型速度干涉仪探测样品自由面的速度时,散斑的叠加使得干涉曲线被严重干扰,影响了速度信息的精密提取。在理论上从光路的角度分析了系统中可能造成散斑的两种因素：靶面粗糙度和多模光纤。在实验上设计了三种照明方式分别对这两种因素进行验证。离线实验的结果表明,多模光纤的引入对散斑的产生起了主要的作用,这对抑制乃至遏制散斑的产生具有很好的指导性意义。     

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。     

神光-Ⅱ装置配套速度干涉仪

介绍了神光-Ⅱ装置配套线成像速度干涉仪光路排布、用于任意反射面的速度干涉仪系统中干涉仪结构的选择及干涉仪的调节。该仪器可以用于测量自由面速度、界面速度和透明材料中冲击波波阵面速度。该仪器的最小时间分辨力可达约20 ps,空间分辨力高于10 μm。并在神光-Ⅱ装置上进行了动态打靶实验,实验用靶为Al-CH靶,获得了较好的实验图像,测得了CH中冲击波的平均传播速度为24.67 km/s。     

神光-Ⅱ装置配套速度干涉仪

介绍了神光-Ⅱ装置配套线成像速度干涉仪光路排布、用于任意反射面的速度干涉仪系统中干涉仪结构的选择及干涉仪的调节。该仪器可以用于测量自由面速度、界面速度和透明材料中冲击波波阵面速度。该仪器的最小时间分辨力可达约20 ps,空间分辨力高于10μm。并在神光-Ⅱ装置上进行了动态打靶实验,实验用靶为Al-CH靶,获得了较好的实验图像,测得了CH中冲击波的平均传播速度为24.67 km/s。     

用光学记录速度干涉仪测量自由面速度

 建立了一套光学记录速度干涉仪系统(ORVIS),用于测量强激光产生的冲击波状态方程中的自由面速度。该光学记录速度干涉仪系统的时间分辨率为179 ps,可以测量自由面速度随时间变化的整个过程。在天光KrF高功率准分子激光装置上进行激光打靶实验,激光波长248.4 nm,脉冲宽度25 ns,最大输出能量158 J。在激光功率密度为6.24×10¹¹W·cm^-2的条件下,测得厚20 μm铁膜的自由面速度可达3.86 km/s;在激光功率密度为7.28×10¹¹W·cm^-2条件下,100 μm铝膜（靶前有100 μm的CH膜作为烧蚀层）的自由面速度可以达到2.87 km/s。     

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。     

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。     

广角任意反射面速度干涉仪的光学性质研究

研究了广角任意反射面速度干涉仪(VISAR)的光学性质。阐述了广角VISAR的原理,指出广角诊断靶中椭球镜的作用是将靶丸内表面成虚像在靶丸中心附近。使用Zemax模拟了成像弯曲对动态干涉条纹形成的影响,提出使用异形光纤面板进行像面矫正。研究了工程误差对干涉仪成像的影响,若要取得良好的成像效果,椭球镜的位置偏差不得多于30 μm,倾角不得超过4°,长轴方向加工误差需小于0.1 μm,短轴方向误差需小于4 μm,镜面反射率应高于70%。讨论了广角VISAR光学研究的进一步发展方向如影响动态条纹的更多可能因素、像面矫正的其他方法、物与像面的光学对应等。     

成像型任意反射面速度干涉仪的散斑抑制

成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)是激光驱动聚变实验中诊断冲击波速度的重要设备。由于采用了激光照明靶面的方式,所获得的速度条纹图中不可避免有激光散斑的干扰,严重影响动态条纹的质量。介绍了该系统的激光散斑形成原因和散斑对速度分析的影响,提出了一种频谱面滤波的方式去除高频散斑噪声的方法,并通过搭建散斑光路、合理设置滤波孔位置和大小,对该方法进行了验证。结果表明,该方法对影响条纹图的高频散斑噪声具有抑制作用,适合应用于成像型VISAR系统。     

成像型任意反射面速度干涉仪的散斑抑制

成像型任意反射面速度干涉仪（VISAR）是激光驱动聚变实验中诊断冲击波速度的重要设备。由于采用了激光照明靶面的方式,所获得的速度条纹图中不可避免有激光散斑的干扰,严重影响动态条纹的质量。介绍了该系统的激光散斑形成原因和散斑对速度分析的影响,提出了一种频谱面滤波的方式去除高频散斑噪声的方法,并通过搭建散斑光路、合理设置滤波孔位置和大小,对该方法进行了验证。结果表明,该方法对影响条纹图的高频散斑噪声具有抑制作用,适合应用于成像型VISAR系统。     

神光-III激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中, 时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺, 而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源. 通过对物理需求的分析, 提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元, 采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形, 经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出, 从而降低了系统造价, 便于集中控制. 采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术, 实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出. 研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号, 为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准. 产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd: YAG棒状放大器后, 通过温控LBO晶体倍频, 然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统, 为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光. 系统已用于VISAR诊断物理实验, 获得了完整的冲击加载、减速的图像, 从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.     

一种超快时间分辨速度干涉仪的设计和理论研究

在单发、超快时间分辨的测量技术中,线性啁啾脉冲和光谱仪的结合使用是一种常见方法.本文以成像型光谱仪为记录系统,利用线性啁啾脉冲的频-时对应关系,设计了一种应用于自由面速度超快测量的速度干涉仪.理论研究了其工作原理和适用范围,该速度干涉仪可以实现皮秒量级的时间分辨,且速度灵敏度可调、易调,大大拓宽了速度干涉仪的应用范围.数值模拟了系统的测速过程,结果表明,重建速度信号与给定物体速度符合得很好,进一步验证了系统的可行性.