成像型任意反射面速度干涉仪数据处理方法

　　实验研究在强冲击波作用下各种材料的状态方程,对于新材料科学、地球物理学研究等多个领域都有重要的理论意义和应用前景。在惯性约束聚变(ICF)研究中,为了用最小的能量实现燃料的高压缩,压缩要以近似等熵过程进行。因为用强冲击波压缩是不等熵的,且效率低,而弱冲击波压缩是近似等熵的,所以可想办法产生一系列强度逐渐增强的冲击波,同时在时间上调节这些冲击波,使他们在到达靶芯之前,后继的波不会超越前面的波,而又恰好能在靶芯汇聚。为达到这一目的,必须通过对打靶激光进行脉冲整形来精确控制这些冲击波的时序。任意反射面速度干涉仪(VISAR)是脉冲整形时的主要测试设备,可以对冲击波发起时间、会聚时间、冲击波速度等进行测量[1-2]。此外,作为冲击波研究领域的测试设备,VISAR还可用于材料处于高能量密度时的状态方程研究。针对超高压条件下时空分辨冲击波诊断技术的需求,国外发展了新型VISAR技术。该技术在传统VISAR技术的基础上进行了改进:将收光部分改为成像系统,从而使靶空间信息被完整地记录下来,使该系统具有了空间分辨的能力;记录系统使用条纹相机,其时间分辨为ps量级,从而能够诊断高速冲击波信号,现已用于超高压状态方程研究等多个领域[3]。这种技术被称为成像型VISAR。

　　由成像型VISAR得到的是一幅干涉条纹图,对干涉条纹图处理方法的研究是很重要的。现有的干涉条纹处理方法基本上可以分为两类:一类是利用多幅干涉条纹进行处理,比较有代表性的是相移法[4];一类是利用单幅干涉条纹进行处理,比较有代表性的是傅里叶变换法[5-7]。本文对傅里叶变换法的原理进行比较详细地叙述,并利用傅里叶变换法处理了文献[8]中的干涉条纹图,其结果与文献中的结果符合较好。干涉条纹图的条纹丢失问题,就是确定干涉条纹丢失量的小数部分的问题,是干涉图数据处理的关键。小数部分确定的精确性很大程度上决定了数据处理结果最后的精确性。但是,关于干涉图条纹丢失小数部分的确定问题国内还鲜见较详细的报道。文献[8]虽然列出了数据处理的理论和基本的处理过程,但并没有对每一条进行详细的介绍,而且对每一步处理过程可能出现的问题也没有详细说明,最终对采集条纹图的要求也没有详细列出。本文根据条纹丢失的物理机制,对于条纹丢失问题提出了特殊的相位解缠方法,得到了条纹丢失的小数部分,并对文献中一幅采用不透明靶得到的干涉条纹图的处理过程进行了介绍,对透明和不透明靶产生条纹图的不同进行了讨论。

　　1　基本处理过程

　　傅里叶变换法是TAKEDA等人提出的[5],一直以来,许多学者都在对其进行改进,使得此方法趋于完善和成熟,目前被广泛应用于光载波条纹图的处理过程中。