一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统及方法

本发明涉及激光测量，具体涉及一种内爆冲击波压缩过程的诊断系统及方法。

背景技术：

1、惯性约束核聚变是解决未来能源问题的重要途径之一。在惯性约束聚变内爆早期，辐射驱动不对称、靶丸表面粗糙度、黑腔结构、收缩比等诸多因素都可能会引起冲击波变形，从而形成非对称的初始扰动，这些将直接影响内爆效率。如何诊断得到非对称扰动对冲击波内爆压缩信息，是解决这一问题的关键因素。当前的诊断手段x射线成像、中子探测、离子探测等主要聚焦于内爆后期，任意反射面速度干涉仪（velocity interferometersystem for any reflector ，visar）作为一种应用最为广泛的冲击波探测手段，可以应用于内爆早期的冲击波诊断，然而传统visar仅能诊断点、线目标。近年来，双轴visar实现了靶丸赤道区和极区的冲击波速度采集，显示了驱动不对称的动态发展过程，但受限于信号采集范围，只能获取赤道和极区两点的不对称性差异。广角visar在诊断直接驱动靶丸时表现出了很好的三维诊断潜力， 但由于当前结构的广角visar采用条纹相机狭缝对环形图像的记录，阻碍了多维数据的有效利用，进一步限制了三维对称信息的重建。此外，由于广角visar内置椭球反射激光光束的较弱，环境的背景光线使得成像位置处信号对比度较差，在冲击波压缩过程中，有效信号丢失，则导致诊断失效。这也为诊断冲击波内爆压缩过程、分析内爆对称性带来挑战。因此，有必要针对当前广角visar光路系统开展精密诊断设计，以提升信号获取能力，从而为流体力学不稳定性、辐射驱动加载控制、等离子体不稳定等问题研究提供有效诊断工具，对于实现激光聚变稳定点火具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决以上的技术问题，本发明提供了一种能够实现高精密诊断的内爆冲击波压缩过程的诊断系统及方法。

2、其技术方案如下：本发明第一方面提供一种内爆冲击波压缩过程的诊断系统，包括驱动激光模块、探针激光模块、靶丸模块及visar模块，其中驱动激光模块发射驱动激光能够引发靶丸模块中的靶丸产生内爆压缩，其要点在于：所述靶丸模块内的靶丸为设单开孔支架式靶丸，在所述单开孔支架式靶丸内设置有椭球反射镜，所述探针激光模块的激光发射器设置在单开孔支架式靶丸的外侧，且两者之间设置有分束镜，其探针激光经分束镜引导进入到单开孔支架式靶丸的内部，并由椭球反射镜反射照亮单开孔支架式靶丸的内表面，其靶丸内表面再次反射得到携带靶丸内表面运动信息的反射光，该反射光经过第一反射镜进入visar模块中；

3、所述visar模块包括有标准具、条纹相机及至少四个的第二反射镜，在该visar模块内还增设有光阑组件和柱透镜，携带靶丸内表面运动信息的反射光经过第二反射镜到达标准具处转化为干涉条纹，进而依次经过光阑组件和柱透镜，最终在条纹相机处成像。采用以上结构，结合单开孔支架式靶丸和光阑组件、柱透镜，实现三者协同作用，能够实现对靶丸内表面宽范围的内爆冲击波压缩过程记录，其中单开孔支架式靶丸能够减少了驱动不对称人为扰动的引入，选择感兴趣的诊断区域，而光阑组件能够提高条纹质量，柱透镜能够扩展采集范围，具有多重优势，能够实现对靶丸内爆冲击波压缩过程的高精度诊断。

4、作为优选：所述单开孔支架式靶丸上开设有孔洞，其探针激光能够通过该孔洞进入单开孔支架式靶丸内部，在该单开孔支架式靶丸的内部还设置有支架主体，所述支架主体成对称支撑式结构，并在该支架主体远离孔洞的一端处开设有安装孔，所述椭球反射镜通过安装孔安装在支架主体上。采用以上结构，孔洞用于探针激光的穿设，支架主体用于支撑椭球反射镜，并将其固定在靶丸内部，实现对探针激光的反射。

5、作为优选：所述椭球反射镜的焦点与单开孔支架式靶丸内表面的中心区域重合。采用以上结构，能够确保探针激光经椭球反射镜反射后可均匀覆盖靶丸内表面。

6、作为优选：在所述支架主体靠近孔洞一侧的的上下对称区域处均开设有条形孔，且上部条形孔和下部条形孔的开孔方向均与支架主体的轴线平行。采用以上结构，通过上下部的条形孔能够将照射在椭球反射镜表面的激光反射至靶丸内表面。

7、作为优选：所述上部条形孔和下部条形孔的开孔边缘处均做倒角处理。采用以上结构，能够有效的避免边缘杂散光反射。

8、作为优选：在所述visar模块的标准具出射端与条纹相机入射端之间的光路节点处设置有光阑组件，所述光阑组件上开设有能够调节孔径大小的小孔，且该光阑组件中心与visar模块中光路的中心轴线重合。采用以上结构，能够通过精准控制静态成像区域的空间范围，屏蔽靶丸外边缘的杂散光反射，从而提升干涉条纹的对比度。

9、作为优选：在所述光阑组件和条纹相机之间的光路中增设有不同曲率半径的柱透镜。采用以上结构，能够通过柱透镜对成像光束的垂直方向（即垂直于狭缝宽度）实施像面压缩，从而扩展条纹相机对环面像的有效采集范围，最终获取更宽空间区域内的靶丸速度信息。

10、本发明第二方面提供一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断方法，包括本发明第一提供的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其步骤如下：

11、s1：驱动激光模块发射驱动激光引发单开孔支架式靶丸产生内爆压缩。

12、s2：探针激光模块发射探针激光，经过分束镜沿中心轴线入射至单开孔支架式靶丸内部，照射至单开孔支架式靶丸内置的椭球反射镜表面，其椭球反射镜将入射激光分为两束反射光，照亮整个靶丸内表面，照亮后经过单开孔支架式靶丸的内表面再次反射得到携带靶丸内表面运动信息的反射光；

13、s3：携带靶丸内表面运动信息的反射光经过第一反射镜进入visar模块中，经多个第二反射镜多次反射后到达标准具，通过标准具将其转化为干涉条纹；

14、s4：再进入光阑组件，通过光阑组件消除杂散光对干涉条纹的背景干扰，提高干涉条纹的对比度；

15、s5：然后进入柱透镜中，通过柱透镜扩展条纹相机对环面像的有效采集范围，最终被条纹相机记录，得到靶丸内爆冲击波压缩信息。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明设计单开孔支架式靶丸结构，并结合“小孔光阑+柱透镜组件”光路形成协同作用，从而实现对靶丸内表面宽范围的内爆冲击波压缩过程记录，且单开孔支架式靶丸能够减少了驱动不对称人为扰动的引入，可以设计不同的开孔，选择感兴趣的诊断区域，而光阑先屏蔽杂散光、提升条纹质量，柱透镜再压缩像面、扩展采集范围，两者结合使广角visar 系统同时具备 “诊断区域可选”、“高对比度条纹”与“宽范围速度采集”的多重优势，有效提升内爆压缩冲击波的诊断效果，增强广角visar技术的宽范围冲击波诊断应用。

1.一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，包括驱动激光模块、探针激光模块、靶丸模块及visar模块，其中驱动激光模块发射驱动激光能够引发靶丸模块中的靶丸产生内爆压缩，其特征在于：所述靶丸模块内的靶丸为设单开孔支架式靶丸（1），在所述单开孔支架式靶丸（1）内设置有椭球反射镜（2），所述探针激光模块的激光发射器（3）设置在单开孔支架式靶丸（1）的外侧，且两者之间设置有分束镜（4），其探针激光经分束镜（4）引导进入到单开孔支架式靶丸（1）的内部，并由椭球反射镜（2）反射照亮单开孔支架式靶丸（1）的内表面，其靶丸内表面再次反射得到携带靶丸内表面运动信息的反射光，该反射光经过第一反射镜（5）进入visar模块中；

2.根据权利要求1所述的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其特征在于：所述单开孔支架式靶丸（1）上开设有孔洞，其探针激光能够通过该孔洞进入单开孔支架式靶丸内部，在该单开孔支架式靶丸（1）的内部还设置有支架主体（11），所述支架主体（11）成对称支撑式结构，并在该支架主体（11）远离孔洞的一端处开设有安装孔，所述椭球反射镜（2）通过安装孔安装在支架主体（11）上。

3.根据权利要求2所述的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其特征在于：所述椭球反射镜（2）的焦点与单开孔支架式靶丸（1）内表面的中心区域重合。

4.根据权利要求2所述的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其特征在于：在所述支架主体（11）靠近孔洞一侧的的上下对称区域处均开设有条形孔，且上部条形孔和下部条形孔的开孔方向均与支架主体的轴线平行。

5.根据权利要求4所述的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其特征在于：所述上部条形孔和下部条形孔的开孔边缘处均做倒角处理。

6.根据权利要求1所述的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其特征在于：在所述visar模块的标准具（6）出射端与条纹相机（7）入射端之间的光路节点处设置有光阑组件（9），所述光阑组件（9）上开设有能够调节孔径大小的小孔，且该光阑组件（9） 中心与visar模块中光路的中心轴线重合。

7.根据权利要求6所述的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其特征在于：在所述光阑组件（9）和条纹相机（7）之间的光路中增设有不同曲率半径的柱透镜（10）。

8.一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断方法，其特征在于：包括权利要求1-7任意一项所述的一种内爆冲击波压缩过程的精密诊断系统，其步骤如下：