任意反射面速度干涉仪研制中的关键技术

　　1　引　　言

　　任意反射面的速度干涉仪[1~3](VelocityInterferometer System for Any Reflector, VISAR)在凝聚态物理、等离子体物理及惯性约束(ICF)等领域都有广泛的应用,是冲击波传播相关的各种物理实验的主要诊断技术,这些实验包括高压状态方程实验[4~7],材料特性实验,R-T不稳定性实验中的击波特性以及ICF冲击波的时间特性实验[8]等。为了丰富状态方程的测试手段、拓展状态方程的研究内容,我们已着手研制VISAR。VISAR是属于主动诊断方式的范畴,是在传统的主动测量的基础上引入了干涉系统。本文主要介绍主被动同时测量时的光路排布,成像系统设计,VISAR系统中干涉仪结构的选择,干涉仪的调节和VISAR干涉图像噪声[9]消除及相位提取技术。

　　2　“神光-Ⅱ”装置上激光状态方程实验主(被)动诊断实验排布方案

　　根据“神光-Ⅱ”装置靶场光路排布、靶场空间大小和诊断系统放大倍数等要求,制定了激光状态方程实验诊断光路的排布方案。具体的光路排布如图1所示。

　　探针激光通过两块全反射镜引入诊断光路(如图1的深色箭头所示,浅色箭头表示从靶面反射回来的激光的传输路线),探针激光通过扩束系统和成像系统后在靶面的辐照面积约2 mm(驱动激光在靶面的辐照面积约1 mm)。L1是收集透镜,用于收集和准直靶背面的自发辐射光和反射回来的探针激光。自发辐射光和探针激光经L1准直后,在空间是平行传播的。自发辐射光和探针激光通过SBS(SBS是一块镀有特殊膜层的特殊分束镜,400~580 nm光的透过率大于90%,660 nm光的反射率大于90%)后被分离。自发辐射光通过成像镜L4后到条纹相机的狭缝上,L1和L4组成的被动测量系统的放大倍数约为12。探针激光通过成像镜L2/L2′和L3/L3′后到达条纹相机的狭缝上。L1和成像镜L2/L2′将靶面成像到干涉仪的一块分束镜(BS2)上,这一节成像系统的放大倍数约为10倍。成像镜L3/L3′将一次像面放大约1.2倍后成像到条纹相机的狭缝上。整个主动测量系统的放大倍数约为12倍,这一放大倍数是和诊断设备的接收面积(条纹相机)相匹配的。大部分的光学件(干涉仪部分)和激光器都放置在一个高度稳定抗震的光学平台上,这样能大大提高整个系统的稳定性,增加干涉条纹的稳定性。VISAR的具体指标如表1所示

　　2.1　成像系统设计

　　根据靶场空间大小并兼顾光路调节的灵活性,采用了如图2所示的像传递系统,其物距等于第一块透镜的焦距f1,像距等于第二块透镜的焦距f2,成像系统的放大倍数为两个透镜的焦距比,两透镜间的距离d可以任意调节。因此,这种排布方法使得光路的现场排布比较灵活,可以降低光路调节的难度。