激光聚變背向散射光束模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光束模擬裝置，尤其涉及一種用于在激光聚變靶室內(nèi)模擬從靶點(diǎn)發(fā)出的背向散射光束的模擬裝置。
【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(lèi)提供一種取之不盡的清潔核能源；用來(lái)研制“干凈”(無(wú)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(kāi)始，俄、美、日、法、中、英等國(guó)相繼開(kāi)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(wèn)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(guò)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(guò)一系列光學(xué)元件到達(dá)探測(cè)器過(guò)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(wèn)題。國(guó)際上，一般通過(guò)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(wèn)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(guò)待標(biāo)系統(tǒng)，得到單點(diǎn)透過(guò)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(guò)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(guò)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]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種標(biāo)定精度高且易標(biāo)定的激光聚變背向散射光束模擬裝置。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0013]本發(fā)明所提供的激光聚變背向散射光束模擬裝置包括承載板、第一準(zhǔn)直孔、第一監(jiān)測(cè)相機(jī)、第二準(zhǔn)直孔、第二監(jiān)測(cè)相機(jī)和控制電纜。其特殊之處在于:還包括萬(wàn)向光束模擬頭。該萬(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(guò)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。
[0014]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。
[0015]第一五棱鏡的兩側(cè)均設(shè)置有瞄準(zhǔn)相機(jī)。
[0016]上述技術(shù)方案中的所有直角棱鏡可由五棱鏡替代。
[0017]上述承載板帶有延伸架，萬(wàn)向光束模擬頭固定安裝在該延伸架上。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0019](1)標(biāo)定精度高
[0020]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(wú)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(guò)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)ΙΟμπι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(lái)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。
[0021](2)標(biāo)定效率高
[0022]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。
[0023](3)易安裝調(diào)試
[0024]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(wú)偏差運(yùn)動(dòng)，極大的降低了模擬系統(tǒng)的安裝調(diào)試難度。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的萬(wàn)向光束模擬頭的內(nèi)部光路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明模擬全孔徑背向光束的光路原理示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明模擬近背向光束的光路原理示意圖。
[0029]其中:1-承載板;2-滾輪;3-第一準(zhǔn)直孔;4-第一監(jiān)測(cè)相機(jī);5-第二準(zhǔn)直孔;6_第二監(jiān)測(cè)相機(jī);7-延伸架；8-萬(wàn)向光束模擬頭；9-控制電纜;801-第一五棱鏡；802-