1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
3 武警工程大学 装备管理与保障学院, 西安 710086
为了实现对激光惯性约束聚变中物理过程的诊断，建立了X射线显微成像系统.对该系统所采用的超环面镜成像特性、系统的光学设计、像差分析、公差分析和装调方法进行了研究.首先，以等离子体诊断的要求为依据确定了部分光学系统参数，设计了由U型排布的两个超环面镜和一个用于谱选择的平面镜构成的显微成像系统.根据消像散聚焦初步确定三个反射镜的结构参数，并利用光学设计软件进行了优化.接着，分析了X射线显微镜的球差、彗差、视场倾斜和像散.通过分析系统参数变化对成像质量的影响，根据系统精度要求确定了合理的公差.最后，针对离线超环面镜离轴掠入射装调问题，设计了一种辅助光学系统，并为在线高精度系统装调设计了一种双向双目交汇瞄准系统.实验结果表明：显微成像系统在物方视场500 μm处的分辨率优于5 μm，基本满足激光等离子体X射线成像的大视场和高分辨等要求.
光学系统设计 显微成像 掠入射 超环面 X射线 Optical design Microscope Grazing incidence Torus X rays 光子学报
2019, 48(12): 1211002
中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
针对激光聚变装置冲击波速度被动测量的需求, 设计了一种测速光学系统。采用高紫外透过率的氟化玻璃, 实现了透射式300~800 nm复消色差设计。系统光路具有前后两组镜头, 中间为平行光, 镜头间距可变, 光路适应能力强。系统前端两侧的双目机器视觉能够完成自动寻的。平行光路中设置5个激光器, 轴上的1个前向照明靶点用来观察条纹相机狭缝处的目标像质, 轴外的4个与光轴平行后向传输用来标识系统光轴的位置, 激光器部件可电动切入/切出。系统前组镜头F/#数为4, 宽谱工作物方分辨率优于10 μm, 532 nm单波长工作物方分辨优于5 μm。该光学系统光路排布灵活, 可单独被动测速, 也可与主动测速系统VISAR耦合构成主被一体复合测速系统, 满足激光聚变装置冲击波测速的需求。
光学系统设计 冲击波速度 多普勒频移 扫描高温计 optical system design shock velocity Doppler shift streaked optical pyrometer 光学 精密工程
2018, 26(11): 2662
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
通过分析激光聚变中近背向散射光的收集方式, 提出了采用漫反射板收集近背向散射光的方法。通过对漫反射板的应用场景分析, 提出了需要研究的漫反射板特性, 并搭建了漫反射板特性测量装置。测量并分析了漫反射板的方向半球反射比、双向反射分布函数、面均匀性、真空特性和紫外特性。分析结果表明: F4目标板具有接近于0.99的高反射率, 光谱平坦性, 近似余弦分布的双向反射分布函数, 较高的面均匀性, 以及较小的紫外真空影响。因此, F4目标板满足激光惯性约束聚变中近背向散射光的测量需求, 采用漫反射板收集近背向散射光的方法可行。
近背向散射光诊断 收光装置 漫反射板 方向半球反射比 相对双向反射分布函数 diagnosis of near backscattered light light receiving device diffuser panel directional hemispherical reflectance relative bidirectional reflectance distribution fu 红外与激光工程
2017, 46(9): 0917002
中国科学院 西安光学精密机械研究所，西安 710119
为满足爆炸冲击作用下物质界面的速度测量需求，设计了一种复合式多点测量的速度干涉仪。采用物方和像方双远心光路，将光纤阵列出射的照明激光定点投射到待测物面上，实现了针状滴注式照明，充分利用了照明激光能量，且保证了待测物面在运动过程中具有恒定的照度。成像系统像面采用末端为大芯径的锥形光纤接收信号光，既保证了物面运动过程中信号光与光纤的有效耦合，又保证了信号的单模输出，以便进入单模光纤马赫-曾德干涉仪进行差频干涉。采用具有微小楔角、沿直径方向镀矩形带状45°反射膜的反射镜，将照明光路与成像光路同轴，并校正了成像系统的大量像散。该干涉测量系统在物面运动10 mm的行程中，物面滴注式照明照度保持恒定，像面光斑大小没有超出大芯径的光纤芯径。此光学系统能够满足爆炸冲击界面的大行程速度测量需求。
爆轰波 速度干涉仪 远心光路 锥形光纤 detonation wave velocity interferometer telecentric optical system taper fiber
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 7100071
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
为了获取准确的激光打靶实验数据，需要使用诊断搭载平台搭载物理诊断设备对打靶目标进行高精度准直。针对传统方法存在耗时、误差(RMS)较大的问题，根据搭载平台与物理诊断设备的特点，提出了一种基于视觉伺服的精确自动准直方法。首先，构建三维准直向量估算立体视觉系统中靶的偏差，在弱透视条件下，估算值接近于真值；然后，建立三自由度姿态调节模型，提高姿态调节精度。最后，运用准直向量与调节模型设计视觉伺服控制器，仅需一次离线标定即可进行快速准直。通过以上改进，实现了物理诊断设备的精确自动准直。实验结果表明,诊断设备的准直精度(RMS)分别为：x指向为11 μm，y指向为12 μm。搭载分幅相机进行激光打靶考核验证，得到了物理实验过程的X光焦斑图像，表明准直方法满足工程使用要求。
自动准直 准直向量 调节模型 搭载平台 视觉伺服 automatic alignment alignment vector adjusting model DIM visualservoing
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
开发了神光III主机装置上的背向散射诊断技术。采用非球面金属镜配空间滤波器的方式将倍频晶体返回的杂散光滤除，采用矩形小孔将楔形打靶透镜带来的宽光谱色散影响消除，采用大光斑配白光标定的方式获得整个背向散射系统的谱透射率，最终可实现定量化的背向散射光能量诊断。通过适当的光路设计，可实现背向散射受激布里渊散射光(SBS)和受激拉曼散射光(SRS)的光谱和时间过程测量。通过已有的实验数据可知，该技术已经初步具备了这方面的能力。
测量 黑腔 等离子体 束匀滑 背向散射 光谱
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
基于新的激光聚变驱动装置的需要, 设计了全孔径背向散射诊断光学系统并介绍了光学设计中涉及的若干关键技术。采用低反射率的楔形反射镜衰减背向散射光能量, 降低后继元件对光学薄膜损伤阈值的要求。通过缩束镜缩小光束口径, 减小光学元件尺寸; 同时采取折叠光路结构来缩小系统体积。对空间滤波器和光学滤片进行组合, 屏蔽了打靶倍频光干扰及不同散射类型的相互串扰。采用光学白板对色散严重的背向散射光进行漫反射匀化, 使光谱测量系统获得完整的光谱信息。最后, 选取抛物面为空间分布成像目标面, 通过分析空间分布成像光束的结构设计了成像镜头。设计的诊断光学系统具有散射时间测量、光谱测量、空间分布成像、能量测量等功能, 光学测量模块尺寸为1.9 m×0.9 m×1.5 m。该全孔径背向散射诊断光学系统在新的激光聚变驱动装置中具有潜在的应用价值。
激光聚变 激光等离子体 全孔径背向散射 背向散射诊断 抛物镜 光谱取样 laser fusion laser plasma full aperture backscatter backscatter diagnosis parabolic mirror spectrum sampling 光学 精密工程
2014, 22(12): 3191
中科院西安光学精密机械研究所, 西安 710072
为了实现搭载平台对打靶目标的高准确度定位瞄准，提出了一种基于视觉伺服的瞄准方法.定义视觉系统中的脱靶量与投影矩阵，并用投影矩阵计算脱靶量，使得计算值接近于真值;再使用三自由度混联机构运动模型，提高姿态调节准确度;最后，通过投影矩阵与运动模型优化视觉伺服策略，使得整个瞄准过程得到很大简化，不需较准视觉系统即可进行自动瞄准.将搭载平台安装到神光装置上进行自动瞄准准确度检测，得到其瞄准准确度为：X方向11 μm，Y方向12 μm，Z方向14 μm.搭载条纹相机进行激光打靶考核验证，得到了物理实验过程的完整数据，表明该瞄准方法满足工程使用要求.
搭载平台 视觉伺服 投影矩阵 运动模型 Diagnostic instrument manipulator Visual servoing Projection matrix Motion mode
