全孔径背向散射诊断系统的设计与研究
在惯性约束试验中,对全孔径背向散射光参数诊断是研究激光等离子体相互作用的重要内容之一,全孔径背向散射光包括受激拉曼散射光和受激布里渊散射光,通过对其能量和光谱的测量能够有效分析激光靶丸耦合效率和激光等离子体相互作用区域内的电子密度、温度等.本文根据打靶试验的要求,对全孔径背向散射诊断系统进行了详细的光学设计和分析,实现了对打靶透镜内全孔径背向散射光的精密诊断.文中首先对受激拉曼散射光和受激布里渊散射光的产生机制进行了阐述,结合国内外全孔径背向散射诊断系统,将全孔径背向散射光诊断划分为四个过程:收光、滤波、诊断和标定.根据打靶试验要求,从光学系统设计角度出发,将全孔径背向散射诊断系统分为三个子系统:收光系统、滤波系统和诊断系统.在收光系统设计中,针对全孔径背向散射诊断系统空间要求和大口径折反透镜特性,采用离轴抛物镜与折叠反射镜相结合的收光结构,实现了收光和分离背向散射光与杂散光的目的;在滤波器系统设计中,针对杂散光及其引发的次生杂散光,设计了抛光倾斜小孔挡板真空滤波器,消除了杂散光对诊断的影响;在诊断包系统设计中,针对二向色镜分离后光束的光谱特性,设计了长波诊断包和短波诊断包,分析了诊断包内各个光学元件,设计了合理的准直镜、取样镜和耦合镜,同时在时间过程和时间光谱测量中,采用了散射板对耦合镜的光斑进行了匀化处理,匀化后光谱的不均匀性低于16%,满足系统测量的要求.其次介绍了标定系统和标定方法.在标定系统设计中,介绍了标定激光器选择、模拟镜设计与结果以及机械臂的原理.在标定方法研究中,分析了背向散射光能量传递过程,提出了线偏振光标定原理.标定时,对线偏振光振动方向进行等间隔旋转,测量相应的标定激光、标定系统出射光以及全孔径互相正交方向上出射光的能量,通过计算和拟合得到振动方向-透过率曲线,达到标定的目的.最后对全孔径背向散射诊断系统进行了综合分析.通过对六支诊断光路的误差分析,验证了系统的可行性;同时对分析了系统的精度,其中能量诊断的误差为7.62%,长波时间过程诊断误差为12.69%,短波时间过程诊断误差为4.92%,长波时间光谱诊断误差为0.134%,短波时间过程诊断误差为0.105%,结果表明全孔径背向散射诊断系统具有对背向散射光精确的诊断功能.
- 作者：
- 程亚东
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 光学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 何俊华
- 中图分类号：
- O539
- 关键词：
- 背向散射；光学系统设计；标定；散射板匀化
- backward scattering； optical system design； calibration； scatter ing plate smoothing