基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪

　　惯性约束聚变(ICF)实验的研究表明,为了用最小的能量实现燃料的高压缩,需要对打靶激光进行脉冲整形,从而降低冲击压缩时的增熵,使压缩过程接近等熵过程。脉冲整形需要根据冲击波速度、冲击波会聚时间等参数来进行表征。目前,国内用于冲击波诊断的设备主要是扫描光学高温计[1],但它无法对常用的透明聚变材料进行冲击波测量。任意反射面速度干涉仪(VISAR)可以通过测量冲击波阵面来实现对透明材料的冲击波速度测量[2-3]。国内从事VISAR系统研究的主要是中国工程物理研究院流体物理研究所,其VISAR系统采用光电倍增管配示波器进行记录,时间分辨大于100 ps,可进行多点测量,无空间分辨能力,主要用于测量自由面速度剖面或粒子速度剖面[4]。路建新等人建立了一套光学记录速度干涉仪系统(ORVIS),该系统为单灵敏度结构,用条纹相机记录,时间分辨力大于150 ps,有空间分辨能力[5]。R.M.Malone等人在传统VISAR中引入成像系统后得到了成像型VISAR[6-7],并使用条纹相机记录干涉条纹,使得整套系统具有优于20 ps时间分辨力和4μm的空间分辨力,并且具有双灵敏度结构,能够诊断高速冲击波信号,该系统现已成为国外用于冲击波诊断的主要设备。本文介绍了基于神光Ⅲ原型装置的成像型VISAR系统结构和实验结果,阐述了系统采取的一些特殊手段,分析了此VISAR系统的时空分辨能力,通过打靶试验获得了透明材料中冲击波阵面反射探针激光形成的干涉条纹,据此计算得到了冲击波的速度。

   1　成像型VISAR系统的结构分析

   1.1　总体结构

　　用于神光Ⅲ原型装置的成像型VISAR系统在靶场的安装布局如图1所示(其中,TCC为目标靶面,M为反射镜,L为透镜,BS为分束镜,COM为补偿平板镜,IP为像面)。成像系统由保护玻璃、两组成像透镜和密封玻璃组成,其整体放置在真空靶室内,调节机构则安装在靶室法兰上。中继系统包括有若干分束镜、反射镜、准直透镜和中继透镜等,干涉系统包括两套干涉仪。记录系统包括两台条纹相机和CCD。这3个系统作为整体安装在靶室外的光学平台上,用光纤将放置在另一块小光学平台上的激光器连接到中继系统中形成探针光路。受神光Ⅲ原型靶场空间限制,记录系统置于光学平台的上层,中继、干涉系统置于平台的下层。VISAR系统安装调试结束后,在光学平台上安放一个大型遮光罩,避免背景光对整个光路的干扰。

    1.2　系统对接及调节方式

　　受神光Ⅲ原型靶场的实验条件限制,安装VISAR成像系统的诊断法兰为公共诊断窗口。在VISAR系统不使用的情况下,成像系统须从靶室撤下,而光学平台也要移离原来位置。因此,每次使用VISAR系统进行实验时,须重新对光路进行对接和调试。