激光聚變背向散射光束模擬裝置的制造方法
【技術領域】
[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模擬從靶點發(fā)出的背向散射光束的模擬裝置。
【背景技術】
[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“干凈”(無放射污染)的核武器、發(fā)展高能激光武器;部分替代核實驗。
[0003]因此，激光核聚變受到世界各核大國的高度重視，從20世紀70年代后半葉開始，俄、美、日、法、中、英等國相繼開始高功率激光驅動器的研制。美國在此領域的研究處于領先地位，并于2009年正式建成包含192路的超大型激光驅動裝置“NIF” ；法國正在建設的MLF包含240路激光；日本也在醞釀建造大型激光驅動器，并計劃在2015-2020年間完成可應用于發(fā)電的基礎技術研究。中國也建立了一系列的激光驅動裝置(星光系列、神光系列等)，2015年完成建設的國內最大的激光驅動裝置“神光一 ΙΠ”包含48路激光。
[0004]然而，美國NIF在2010年的點火并不順利，這在世界范圍引起了較大的震驚。針對NIF隨后的研究發(fā)現(xiàn)，激光的背向散射和聚變燃料的瑞利-泰勒不穩(wěn)定性是問題的根源。在背向散射方面，美國有關方認為在Omega等其它激光聚變裝置上已經(jīng)進行了透徹的研究、清楚了激光打靶的物理過程，因而對NIF裝置的背向散射研究重視不足。
[0005]國內對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NIF的教訓，高度重視背向散射光的研究。2013年國內緊急啟動了基于神光-ΙΠ主機的背向散射光研究項目，共建設8套背向散射測量系統(tǒng)，覆蓋激光的四個打靶環(huán)角，且每個角度選取2路，形成環(huán)-環(huán)相互對比、同環(huán)相互驗證的龐大的、系統(tǒng)性的測量系統(tǒng)。
[0006]但是，系統(tǒng)還需要標定后才能使用。因為從靶點發(fā)出的背向散射光在經(jīng)過一系列光學元件到達探測器過程中，每個光學元件對背向散射光都有一定程度的衰減，而衰減系數(shù)因波長而異;探測器上的測量值如何反映待測值是一個關鍵問題。國際上，一般通過對實驗前的測量系統(tǒng)進行標定，獲得測量值與待測值之間的定量關系，以便由實驗值推算待測值。
[0007]標定的焦點問題是如何模擬從靶點發(fā)出的、具有特定圓錐角的點光源。
[0008]美國在標定時采用的是抽樣標定的思路:即選用一臺點激光器，模擬從靶點發(fā)出的某一根光線，使之通過待標系統(tǒng)，得到單點透過率;改變光線方向，獲得光學系統(tǒng)口徑內多點的標定數(shù)據(jù)，進而綜合得到系統(tǒng)的光譜透過率。這種標定方法的優(yōu)點是:對標定光源要求很低，只需選擇一臺波長合適、工作穩(wěn)定的小激光器即可。缺點是:存在以點蓋面的缺陷，標定的不確定度大;另外，每套系統(tǒng)需要單獨搭建標定光源，耗時耗力。
[0009]國內神光-m原型的標定系統(tǒng)借鑒了美國的標定方法，只不過它采用的是一個體積龐大、具有電源箱、水冷箱的激光器，移動不便。因此只能將其光束引向球形真空靶室的靶點，在靶室內架設反射鏡控制光束方向，以進行單點標定。上述方案的實施得益于原型裝置真空靶室直徑小(2.4m)，人員站立其內能夠輕松操作。
[0010]而神光-m主機的靶室直徑達6m，雖有設備輸送平臺，但人員需要進入真空靶室進行高空調試作業(yè)，危險且耗時;況且這種抽樣標定的不確定因素較大。如果待測光路規(guī)模龐大，則這種方法的效率極低。

【發(fā)明內容】

[0011]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種標定精度高且易標定的激光聚變背向散射光束模擬裝置。
[0012]本發(fā)明的技術方案是:
[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、第一準直孔、第一監(jiān)測相機、第二準直孔、第二監(jiān)測相機和控制電纜。其特殊之處在于:還包括萬向光束模擬頭。該萬向光束模擬頭包括第一旋轉關節(jié)和第二旋轉關節(jié)。第一旋轉關節(jié)的旋轉軸和第二旋轉關節(jié)的旋轉軸正交，第一旋轉關節(jié)旋轉軸和第二旋轉關節(jié)旋轉軸軸線的交匯處為模擬靶點。第一旋轉關節(jié)的旋轉軸的軸線與經(jīng)第一準直孔和第二準直孔準直后的輸入光的光路重合，第一旋轉關節(jié)可帶動整個萬向光束模擬頭旋轉。萬向光束模擬頭輸入光的光路上設置有第一五棱鏡;第一五棱鏡的出射光路上設置有第一直角棱鏡;第一直角棱鏡的出射光路上設置有第二五棱鏡;第二五棱鏡的出射光路上設置有第二直角棱鏡;第二直角棱鏡的出射光路上設置有第三直角棱鏡;第三直角棱鏡的出射光路上設置有第四直角棱鏡;第四直角棱鏡的出射光路上設置有可通過電機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]第二旋轉關節(jié)位于第二五棱鏡和第二直角棱鏡之間，且第二旋轉關節(jié)的旋轉軸的軸線與第二五棱鏡的出射光路重合。
[0015]第一五棱鏡的兩側均設置有瞄準相機。
[0016]上述技術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)點是:
[0019](1)標定精度高
[0020]本發(fā)明將模擬靶點設置在兩個旋轉關節(jié)旋轉軸的交點處，保證了在旋轉關節(jié)轉動時模擬靶點的位置不變;在第二光束模擬鏡頭上膠合遮擋片，無需其它支撐結構，不遮擋有效光束，且第二光束模擬鏡頭遠離激光器，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均設置有瞄準相機，采用這種雙目瞄準鏡頭方式，瞄準的中心與模擬靶點重合，通過雙目瞄準鏡頭的放大成像以及雙目瞄準鏡頭的立體定位功能，能實現(xiàn)ΙΟμπι的定位精度，以保證模擬靶點位置的準確性;標定時采用模擬的大光束，避免了原來的多點標定所存在的以點蓋面的缺陷，數(shù)據(jù)準確度更高。
[0021](2)標定效率高
[0022]在對多個系統(tǒng)進行標定時，本發(fā)明的萬向光束模擬頭可實現(xiàn)模擬光束的自動轉向，瞬間完成在待標定系統(tǒng)間的切換。本發(fā)明的模擬光束的自動轉向功能在大規(guī)模背向散射測量系統(tǒng)標定中表現(xiàn)出的效率優(yōu)勢更為顯著。
[0023](3)易安裝調試
[0024]本發(fā)明在旋轉關節(jié)的旋轉軸處設置五棱鏡可保證光路無偏差運動，極大的降低了模擬系統(tǒng)的安裝調試難度。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明結構不意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明的萬向光束模擬頭的內部光路結構示意圖；
[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-第一準直孔;4-第一監(jiān)測相機;5-第二準直孔;6_第二監(jiān)測相機;7-延伸架；8-萬向光束模擬頭；9-控制電纜;801-第一五棱鏡；802-