冲击波速度测量系统中的干涉仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种冲击波速度测量系统中的干涉仪，包括等比分束镜、第一反射镜、合束镜、第二反射镜以及第一时间延迟标准具；多普勒频移信号光经等比分束镜后形成反射光以及透射光；第一反射镜以及合束镜依次设置在反射光所在的光路上；第一时间延迟标准具、第二反射镜以及合束镜依次设置在透射光所在的光路上；透射光依次经过第一时间延迟标准具、第二反射镜以及第一时间延迟标准具入射至合束镜；还包括第二时间延迟标准具；反射光依次经过第二时间延迟标准具、第一反射镜以及第二时间延迟标准具入射至合束镜。本发明提供了一种延迟时间可以控制的冲击波速度测量系统中的干涉仪。
【专利说明】冲击波速度测量系统中的干涉仪
【技术领域】
[0001]本发明属于光学领域，涉及一种冲击波速度测量系统，尤其涉及一种在惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,缩写为ICF)研究领域的冲击波速度测量系统(Velocity Interferometer System for Any Refector,缩写为 VISAR)中的干涉仪。
【背景技术】
[0002]惯性约束核聚变是目前普遍采用的一种人工可控核聚变，它利用高能激光作为驱动源(直接或间接驱动)，几十束甚至几百束高能激光按照一定的时序持续地压缩靶丸内的燃料，使之达到极高的温度和压强，直至实现聚变反应。惯性约束核聚变在民用和军事上都具有十分重大的研究意义，它将为人类探索一种清洁的核能源，研究成果还可用来研制无放射污染的核武器以及发展高能激光武器等。因此，该研究领域受到了世界各核大国的高度重视，建立了 一系列的激光驱动装置。
[0003]目前世界上主要的激光驱动装置有:美国的Nova (10束激光)，Beamlet (I束激光)，0mega (60束激光)，NIF (192束激光)等；俄罗斯的Iskra_6 (128束激光)等；日本的GekkoXH (12束激光)等;法国的Phebus (2束激光)，LMJ (240束激光)等；中国的神光-1I(8束激光)，神光-1II原型(8束激光)，神光-1II主机(48束激光)等；英国的Vulcan (8束激光)等。
[0004]随着ICF研究的不断深入，人们发现实现高增益聚变的条件极为苛刻，因而被迫建立规模越来越大的激光驱动装置，不断提升驱动能力。相关研究表明，若能对燃料进行等熵压缩，实现聚变所需的驱动能量最小；若不能实现等熵压缩，则实现聚变所需的驱动能量会大幅提升。为了实现等熵压缩，将驱动激光按时序分为四组，构成一连串强度越来越大的驱动能量对燃料分步进行预热、预点火、预压缩、压缩，整个过程持续只有几十纳秒(10_9s)。在这个微观的时间段内，几百束激光必须按照预定的时序精确地到达靶丸，它们的时序一旦出现错乱，将导致打靶失败。因此，在激光驱动器投入运行初期，对激光脉冲的时序进行整形是一项非常重要、必不可少的调试工作。
[0005]随着国内大型激光驱动装置的建立，对燃料进行近似等熵压缩实现聚变已经成为可能，急需对驱动脉冲进行整形。中国科学院西安光学精密机械研究所于2008年和2010年研制了两套“成像型冲击波速度干涉测量系统”(VISAR)，分别用于神光-1II原型装置和神光-1II主机装置。该设备可以对驱动脉冲到达靶点产生的冲击波的发起时间、会聚时间、冲击波的速度等进行测量，根据测量结果可以检验脉冲整形的效果，指导脉冲优化整形。另夕卜，该设备还可用于“极端物质状态方程研究”、“冲击波作用下材料特性研究”、“冲击波辐射温度测量”等试验，已经成为激光核聚变靶场最重要的测试设备之一。
[0006]冲击波速度测量系统(VISAR)的理论基础是光的多普勒频移效应，以及频率不同的两信号混频将产生差拍信号。在测量多普勒频移量时，并不是直接测量光的频率，因为光的频率太高，记录设备无法响应如此高的频率。速度测量系统记录的是两个不同时刻的多普勒频移光混频产生的差拍信号的频率。当样品速度变化特别快时，差拍信号的频率也可能超出检测系统的频响范围，但理论上来说可以通过减小延迟时间，来减小两个多普勒频移光之间的差别，从而降低差拍信号的频率，使之不超出频响范围。理论上来说，速度测量系统没有高速上限。
[0007]然而，在实际工程中时间延迟是通过在光路中放置一块标准具Etalon (平行平晶)来实现的，因为光通过同样厚度的晶体比其通过同样厚度的空气所需的时间长，相对于没有标准具延迟的光路来说，两个光路具有一定的时间差。当延迟时间很短时，标准具的厚度将变得很薄。而干涉测量系统对标准具的两个表面的面形精度要求很高，若其厚度很薄，其表面很容易发生形变，工程上无法制作出来厚度很薄而面形精度很高的标准具。
【发明内容】
[0008]为了解决【背景技术】中存在的冲击波速度测量系统(VISAR)的测速上限的技术问题，本发明提供了一种延迟时间可以控制的冲击波速度测量系统中的干涉仪。
[0009]本发明的技术解决方案是:本发明提供了一种冲击波速度测量系统中的干涉仪，包括等比分束镜、第一反射镜、合束镜、第二反射镜以及第一时间延迟标准具；多普勒频移信号光经等比分束镜后形成反射光以及透射光；所述第一反射镜以及合束镜依次设置在反射光所在的光路上；所述第一时间延迟标准具、第二反射镜以及合束镜依次设置在透射光所在的光路上；所述透射光依次经过第一时间延迟标准具、第二反射镜以及第一时间延迟标准具入射至合束镜；其特殊之处在于:所述冲击波速度测量系统中的干涉仪还包括第二时间延迟标准具；所述反射光依次经过第二时间延迟标准具、第一反射镜以及第二时间延迟标准具入射至合束镜。
[0010]上述第一时间延迟标准具以及第二时间延迟标准具的厚度是不同的。
[0011]上述第一时间延迟标准具以及第二时间延迟标准具均是平行平晶。
[0012]本发明的优点是:
[0013]本发明提供了一种冲击波速度测量系统中的干涉仪，它通过在参与混频的两个光路中分别放置一块标准具，每块标准具的厚度不等，其差异可以根据实验的需要设置以及控制，而且可以做到很小(微米甚至纳米级)，从而参与混频的两路光的延迟时间可以控制到很小，解决了冲击波速度测量系统(VISAR)的测速上限的问题。本发明通过调整两个标准具的厚度差可以轻松设置差频信号的延迟时间，意味着两个标准具的厚度差可以做得很小，两个光路的延迟时间可以达到很小的量级。若工作波长为532nm，两个标准具的厚度差为I微米，标准具采用熔融石英玻璃制作，则延迟时间约为5.17X10_15秒，这在以往的系统中通过减小标准具的厚度实现如此小的时间延迟是无法实现的。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是现有技术中冲击波速度测量系统中的干涉仪部件结构示意图；
[0015]图2是现有技术中含有单个标准具的延迟干涉仪的结构示意图；
[0016]图3是本发明所提供的冲击波速度测量系统中的干涉仪的结构示意图；
[0017]其中:
[0018]1-等比分束镜；2_第一反射镜；3_合束镜；4_第二反射镜；5_第一时间延迟标准具；6-第二时间延迟标准具。【具体实施方式】
[0019]冲击波速度测量系统是一套十分精密、结构比较复杂的光学测量系统，其干涉仪部件的结构如图1所示。多普勒频移信号光进入干涉仪之后，首先被等比分束镜BSl (等比分束镜I)分为两束:反射部分经反射镜Ml (第一反射镜2)反射后到达合束镜BS2 (合束镜3);透射部分经反射镜M2 (第二反射镜4)反射后到达合束镜BS2 (合束镜3)。经过BS2(合束镜3)之后，两束光重新重合并共线。图1中两束光之间没有时间延迟，不会产生差拍信号。
[0020]若将干涉仪其中一个光路中加入时间延迟标准具(第一时间延迟标准具5)(厚度为h)，并将相应光路的反射镜向后移动一段距离Λ Ζ，使得在有标准具折射的情况下，两个光路在经过BS2 (合束镜3)之后能够再次严格重合并共线，如图2所示。由于两个光路具有一定的时间延迟，若冲击波的速度是随时间变化的，多普勒信号光经过干涉仪之后将产生差频干涉，出现差拍信号。
[0021]为了提高冲击波速度测量系统的测速上限，必须降低两个光路之间的时间延迟，为此本案提出了如图3所示的冲击波速度测量系统中的干涉仪，包括等比分束镜1、第一反射镜2、合束镜3、第二反射镜4以及第一时间延迟标准具5 ;多普勒频移信号光经等比分束镜I后形成反射光以及透射光；第一反射镜2以及合束镜3依次设置在反射光所在的光路上；第一时间延迟标准具5、第二反射镜4以及合束镜3依次设置在透射光所在的光路上；透射光依次经过第一时间延迟标准具5、第二反射镜4以及第一时间延迟标准具5入射至合束镜3 ;冲击波速度测量系统中的干涉仪还包括第二时间延迟标准具6 ;反射光依次经过第二时间延迟标准具6、第一反射镜2以及第二时间延迟标准具6入射至合束镜3。
[0022]第一时间延迟标准具5以及第二时间延迟标准具6的厚度是不同的。
[0023]本发明在干涉仪的两个光路中分别放置厚度为hi和h2的标准具，二者厚度不等，其差异可以根据实验的需要设置。这样，通过调整两个标准具的厚度差可以轻松设置差频信号的延迟时间，而目前的技术水平对厚度的测量精度是很高的(微米甚至纳米级)，这意味着两个标准具的厚度差可以做得很小，两个光路的延迟时间可以达到很小的量级。若工作波长为532nm，两个标准具的厚度差为I微米，标准具采用熔融石英玻璃制作，则延迟时间约为5.17X10_15秒，这在以往的系统中通过减小标准具的厚度实现如此小的时间延迟是无法实现的。
[0024]本发明了提供了一种冲击波速度测量系统中的干涉仪，它通过在参与混频的两个光路中分别放置一块标准具，每块标准具的厚度可以较厚，但两个标准具的厚度差可以控制，而且可以做到很小(微米甚至纳米级)，从而参与混频的两路光的延迟时间可以控制到很小，解决了冲击波速度测量系统(VISAR)的测速上限的问题。
【权利要求】
1.一种冲击波速度测量系统中的干涉仪，包括等比分束镜、第一反射镜、合束镜、第二反射镜以及第一时间延迟标准具；多普勒频移信号光经等比分束镜后形成反射光以及透射光；所述第一反射镜以及合束镜依次设置在反射光所在的光路上；所述第一时间延迟标准具、第二反射镜以及合束镜依次设置在透射光所在的光路上；所述透射光依次经过第一时间延迟标准具、第二反射镜以及第一时间延迟标准具入射至合束镜；其特征在于:所述冲击波速度测量系统中的干涉仪还包括第二时间延迟标准具；所述反射光依次经过第二时间延迟标准具、第一反射镜以及第二时间延迟标准具入射至合束镜。
2.根据权利要求1所述的冲击波速度测量系统中的干涉仪，其特征在于:所述第一时间延迟标准具以及第二时间延迟标准具的厚度是不同的。
3.根据权利要求1或2所述的冲击波速度测量系统中的干涉仪，其特征在于:所述第一时间延迟标准具以及第二时间延迟标准具均是平行平晶。
【文档编号】G01J11/00GK103712698SQ201310704573
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】闫亚东, 何俊华, 达争尚, 董晓娜, 陈良益 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所