萬(wàn)向點(diǎn)光源模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種點(diǎn)光源模擬系統(tǒng)，尤其涉及一種萬(wàn)向點(diǎn)光源模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光核聚變是目前普遍采用的一種人工可控核聚變，它在民用和軍事上都具有十 分重大的研究意義:為人類提供一種取之不盡的清潔核能源；用來研制無放射污染的核武 器、發(fā)展高能激光武器;部分替代核實(shí)驗(yàn)。
[0003] 因此，激光核聚變受到世界各核大國(guó)的高度重視，從20世紀(jì)70年代后半葉開始， 俄、美、日、法、中、英等國(guó)相繼開始高功率激光驅(qū)動(dòng)器的研制。美國(guó)在此領(lǐng)域的研究處于領(lǐng) 先地位，并于2009年正式建成包含192路的超大型激光驅(qū)動(dòng)裝置"NIF" ；法國(guó)正在建設(shè)的MLF 包含240路激光；日本也在醞釀建造大型激光驅(qū)動(dòng)器，并計(jì)劃在2015-2020年間完成可應(yīng)用 于發(fā)電的基礎(chǔ)技術(shù)研究。中國(guó)也建立了一系列的激光驅(qū)動(dòng)裝置(星光系列、神光系列等）， 2015年完成建設(shè)的國(guó)內(nèi)最大的激光驅(qū)動(dòng)裝置"神光一 ΙΠ "包含48路激光。
[0004] 然而，美國(guó)NIF在2010年的點(diǎn)火并不順利，這在世界范圍引起了較大的震驚。針對(duì) NIF隨后的研究發(fā)現(xiàn)，激光的背向散射和聚變?nèi)剂系娜鹄?泰勒不穩(wěn)定性是問題的根源。在 背向散射方面，美國(guó)有關(guān)方認(rèn)為在Omega等其它激光聚變裝置上已經(jīng)進(jìn)行了透徹的研究、清 楚了激光打靶的物理過程，因而對(duì)NIF裝置的背向散射研究重視不足。
[0005] 國(guó)內(nèi)對(duì)背向散射的研究起步也較早，并取得了大量的研究成果，但我們必須吸取 美國(guó)NIF的教訓(xùn)，高度重視背向散射光的研究。2013年國(guó)內(nèi)緊急啟動(dòng)了基于神光-ΙΠ 主機(jī)的 背向散射光研究項(xiàng)目，共建設(shè)8套背向散射測(cè)量系統(tǒng)，覆蓋激光的四個(gè)打靶環(huán)角，且每個(gè)角 度選取2路，形成環(huán)-環(huán)相互對(duì)比、同環(huán)相互驗(yàn)證的龐大的、系統(tǒng)性的測(cè)量系統(tǒng)。
[0006] 但是，系統(tǒng)還需要標(biāo)定后才能使用。因?yàn)閺陌悬c(diǎn)發(fā)出的背向散射光在經(jīng)過一系列 光學(xué)元件到達(dá)探測(cè)器過程中，每個(gè)光學(xué)元件對(duì)背向散射光都有一定程度的衰減，而衰減系 數(shù)因波長(zhǎng)而異;探測(cè)器上的測(cè)量值如何反映待測(cè)值是一個(gè)關(guān)鍵問題。國(guó)際上，一般通過對(duì)實(shí) 驗(yàn)前的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，獲得測(cè)量值與待測(cè)值之間的定量關(guān)系，以便由實(shí)驗(yàn)值推算待測(cè) 值。
[0007] 標(biāo)定的焦點(diǎn)問題是如何模擬從靶點(diǎn)發(fā)出的、具有特定圓錐角的點(diǎn)光源。
[0008] 美國(guó)在標(biāo)定時(shí)采用的是抽樣標(biāo)定的思路：即選用一臺(tái)點(diǎn)激光器，模擬從靶點(diǎn)發(fā)出 的某一根光線，使之通過待標(biāo)系統(tǒng)，得到單點(diǎn)透過率;改變光線方向，獲得光學(xué)系統(tǒng)口徑內(nèi) 多點(diǎn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，進(jìn)而綜合得到系統(tǒng)的光譜透過率。這種標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)標(biāo)定光源要 求很低，只需選擇一臺(tái)波長(zhǎng)合適、工作穩(wěn)定的小激光器即可。缺點(diǎn)是:存在以點(diǎn)蓋面的缺陷， 標(biāo)定的不確定度大;另外，每套系統(tǒng)需要單獨(dú)搭建標(biāo)定光源，耗時(shí)耗力。
[0009] 國(guó)內(nèi)神光-m原型的標(biāo)定系統(tǒng)借鑒了美國(guó)的標(biāo)定方法，只不過它采用的是一個(gè)體 積龐大、具有電源箱、水冷箱的激光器，移動(dòng)不便。因此只能將其光束引向球形真空靶室的 靶點(diǎn)，在靶室內(nèi)架設(shè)反射鏡控制光束方向，以進(jìn)行單點(diǎn)標(biāo)定。上述方案的實(shí)施得益于原型裝 置真空靶室直徑小(2.4m)，人員站立其內(nèi)能夠輕松操作。
[0010] 而神光-m主機(jī)的靶室直徑達(dá)6m，雖有設(shè)備輸送平臺(tái)，但人員需要進(jìn)入真空靶室進(jìn) 行高空調(diào)試作業(yè)，危險(xiǎn)且耗時(shí);況且這種抽樣標(biāo)定的不確定因素較大。如果待測(cè)光路規(guī)模龐 大，則這種方法的效率極低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種標(biāo)定效率高、標(biāo)定精度高的萬(wàn)向點(diǎn)光源模擬 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在激光聚變靶室內(nèi)模擬從靶點(diǎn)發(fā)出的、不同方向的各路背向散射光束，為各 路背向散射測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定提供輸入光源。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案是所提供的萬(wàn)向點(diǎn)光源模擬系統(tǒng)包括激光器、鉸鏈反射鏡和 D頂。其特殊之處在于還包括萬(wàn)向光束模擬頭。鉸鏈反射鏡設(shè)置在激光器的輸出光路上;DIM 設(shè)置在鉸鏈反射鏡的反射光路上，鉸鏈反射鏡的反射光可通過DIM尾端真空密封窗進(jìn)入 D頂;D頂?shù)那安可烊氚惺覂?nèi)，D頂?shù)那岸伺c所述萬(wàn)向光束模擬頭固定連接;D頂上依次設(shè)置有 第一準(zhǔn)直孔、第一監(jiān)測(cè)相機(jī)、第二準(zhǔn)直孔和第二監(jiān)測(cè)相機(jī)，其中第二準(zhǔn)直孔靠近所述萬(wàn)向光 束模擬頭；
[0013]上述萬(wàn)向光束模擬頭包括第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸 和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸的軸線正交，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的軸線 的交匯處為模擬靶點(diǎn)。第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸的軸線與經(jīng)第一準(zhǔn)直孔和第二準(zhǔn)直孔準(zhǔn)直后 的輸入光的光路重合，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可帶動(dòng)整個(gè)萬(wàn)向光束模擬頭旋轉(zhuǎn);萬(wàn)向光束模擬頭的 輸入光的光路上設(shè)置有第一五棱鏡;第一五棱鏡的出射光路上設(shè)置有第一直角棱鏡;第一 直角棱鏡的出射光路上設(shè)置有第二五棱鏡；第二五棱鏡的出射光路上設(shè)置有第二直角棱 鏡;第二直角棱鏡的出射光路上設(shè)置有第三直角棱鏡;第三直角棱鏡的出射光路上設(shè)置有 第四直角棱鏡;第四直角棱鏡的出射光路上設(shè)置有可通過電機(jī)切換的第一光束模擬鏡頭和 第二光束模擬鏡頭，其中第二光束模擬鏡頭上膠合有遮擋片；第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)位于第二五棱 鏡和第二直角棱鏡之間，且第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸的軸線與第二五棱鏡的出射光路重合。 第一五棱鏡的兩側(cè)均設(shè)置有目苗準(zhǔn)相機(jī)。
[0014] 上述萬(wàn)向點(diǎn)光源模擬系統(tǒng)還包括鉸鏈分束鏡、監(jiān)測(cè)反射鏡和監(jiān)測(cè)功率計(jì);所述鉸 鏈分束鏡設(shè)置在激光器的輸出光路上，且保證鉸鏈分束鏡的反射光為所述鉸鏈反射鏡的入 射光，監(jiān)測(cè)反射鏡設(shè)置在鉸鏈分束鏡的透射光路上，監(jiān)測(cè)功率計(jì)設(shè)置在監(jiān)測(cè)反射鏡的反射 光路上。本發(fā)明通過設(shè)置鉸鏈分束鏡將激光器的輸出光分為兩路，其中的透射光經(jīng)監(jiān)測(cè)反 射鏡進(jìn)入監(jiān)測(cè)功率計(jì)以監(jiān)視激光器是否穩(wěn)定運(yùn)行，其中的反射光經(jīng)鉸鏈反射鏡進(jìn)入D頂。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0016] (1)簡(jiǎn)化使用前的準(zhǔn)備工作
[0017] 本發(fā)明的兩個(gè)準(zhǔn)直孔與萬(wàn)向光束模擬頭一體化，使用時(shí)只需利用D頂(公共診斷搭 載平臺(tái)）將萬(wàn)向光束模擬頭送入靶室，依靠第一五棱鏡兩側(cè)的瞄準(zhǔn)相機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，簡(jiǎn)化 了使用前的準(zhǔn)備工作。
[0018] (2)易調(diào)試
[0019] 本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸處設(shè)置五棱鏡可保證光路無偏差運(yùn)動(dòng)，極大的降低了 模擬系統(tǒng)的調(diào)試難度。
[0020] (3)標(biāo)定效率高
[0021]在對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，本發(fā)明的萬(wàn)向光束模擬頭可實(shí)現(xiàn)模擬光束的自動(dòng)轉(zhuǎn) 向，瞬間完成在待標(biāo)定系統(tǒng)間的切換。本發(fā)明的模擬光束的自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能在大規(guī)模背向散 射測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定中表現(xiàn)出的效率優(yōu)勢(shì)更為顯著。
[0022] (4)標(biāo)定精度高
[0023] 本發(fā)明將模擬靶點(diǎn)設(shè)置在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)處，保證了在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)模擬靶點(diǎn)的位置不變;在第二光束模擬鏡頭上膠合遮擋片，無需其它支撐結(jié)構(gòu)，不遮擋有 效光束，且第二光束模擬鏡頭遠(yuǎn)離激光器，受激光衍射影響小，易于獲得輪廓清晰的環(huán)形中 空錐光束;在第一五棱鏡的兩側(cè)均設(shè)置有瞄準(zhǔn)相機(jī)，采用這種雙目瞄準(zhǔn)鏡頭方式，瞄準(zhǔn)的中 心與模擬靶點(diǎn)重合，通過雙目瞄準(zhǔn)鏡頭的放大成像以及雙目瞄準(zhǔn)鏡頭的立體定位功能，能 實(shí)現(xiàn)IOMi的定位精度，以保證模擬靶點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性;標(biāo)定時(shí)采用模擬的大光束，避免了原 來的多點(diǎn)標(biāo)定所存在的以點(diǎn)蓋面的缺陷，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明的萬(wàn)向點(diǎn)光源模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明的萬(wàn)向光束模擬頭中光路示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明模擬全孔徑背向光束的原理示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明模擬近背向光束的原理示意圖。
[0028]其中：卜激光器;2-鉸鏈分束鏡；3-鉸鏈反射鏡;4-監(jiān)測(cè)反射鏡；5-監(jiān)測(cè)功率計(jì);6-真空密封窗;7-第一準(zhǔn)直孔;8-第一監(jiān)測(cè)相機(jī);9-第二準(zhǔn)直孔;10-第二監(jiān)測(cè)相機(jī);11-萬(wàn)向光 束模擬頭；12-DIM; 13-靶室；1101-第一五棱鏡；1102-第一直角棱鏡；1103-第二五棱鏡； 1104-第二直角棱鏡；1105-第三直角棱鏡；1106-第四直角棱鏡；1107-第一光束模擬鏡頭； 1108-第二光束模擬鏡頭；1109-模擬靶點(diǎn)；1110-瞄準(zhǔn)相機(jī);111 1-第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；1112-第二 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié);1113-遮擋片；1114-模擬光束。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明所提供的萬(wàn)向點(diǎn)光源模擬系統(tǒng)包括激光器1