神光Ⅲ主机装置X光静态成像系统研制

摘 要 ： 针 对 神 光 Ⅲ主 机 装 置 的 靶 室 结 构 和 打 靶 方 式 要 求 ， 基于针孑 Ｌ 成像原理 ， 成 功 研 制 出应 用 于 神 光
Ⅲ主 机 装 置 的 ｘ 光 静 态 成 像 系 统 。 该 系 统 采 用 模 拟 靶 组 件 进 行 离 线 瞄 准 ， 并 可 进 行 在 线 轴 向 和 指 向调 节 ， 调
第 ２ ５卷 第 １ １ 期 ２ ０ １ ３年 ｌ １月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ Ｇ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴ Ｉ ＣＩ Ｅ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ１ ． ２ ５，ＮＯ ．１ １
ＮＯＶ ．， ２ ０１ ３
文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ ２ ８ ９ ５ — ０ ５
Ｃ Ｃ Ｄ 在 神 光 Ⅲ主 机 装 置 上 进行 激 光 打 靶 考 核 ， 实验结果表 明， 该 系 统 达 到 神 光 Ⅲ主 机 装 置 使 用 要 求 。
关 键 词 ： ｘ光 静 态 成像 ； 针 孔 成 像 ； 离 线 瞄 准 ； 神 光 Ⅲ主机 装 置 中图分类号 ： Ｏ４ ３ ４ ． １ ２ 文献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ３ ２ ５ １ １ ． ２ ８ ９ ５
，
Ｆｉ ｇ ． １ Ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｐ ｉ ｎｈ ｏ ｌ ｅ ｉ ｍａ ｇｉ ｎｇ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｆｉ ｇ ． ２ Ｇｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇｕ ｉ ｓ ｈ ａ ｂ ｉ “ ｔ ｙ ｏｆ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
图 １ 针 孔 成 像 技 术 原 理
节精度分别为 ８ １ ｍ、 ４ ０ ｍ。针 孔 组 件 和 滤 片 组 件 的 自动 更 换 使 系统 实 现 了 真空 环境 下 的 在线 快 速 切 换 和运 行 。同 时 使 用 有 限元 软件 ＡＮ Ｓ ＹＳ对 系统 的 变 形 与 应 力 进 行 模 拟 分 析 以 保 证 系 统 的 可 靠 性 。系 统 搭 载 ｘ光
图 ２ 系统 几 何 分 辨 示 意 图
＊
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ６ — ２ １ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ９ — １ ８ 作者简介 ： 杨 品（ １ ９ ８ ７ ） ， 女， 硕士， 从事 Ｉ ＣＦ诊 断设 备研 发 与 实 验 研究 ；ｙ ａ ｎ ｇ ｐ ｉ ｎ ｌ ９ ８ ７ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ。 通信作者 ： 杨正华 （ １ ９ ７ ９ 一） ， 男， 硕士， 主 要从 事 激 光 等 离 子 体 诊 断 设 备 研 发 与 实 验 研究 ； ｙ ｚ ｈ ＠ｃ ａ ｅ ｐ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ 。
在 激光 惯性 约束 聚 变 （ Ｉ Ｃ Ｆ ） 实 验诊 断领 域 ， Ｘ 光针 孔成 像技 术可 用来检 测激 光打 靶精 度和 穿孑 Ｌ 效率， 监 测 焦 斑形 状 ， 结构 简单 、 使 用方 便 ， 是 Ｉ Ｃ Ｆ实 验 中的基 础 诊 断 设备 之 一 ｌ １】 。国外 已将 Ｘ光 针 孔 相机 作 为 Ｉ Ｃ Ｆ实 验 诊 断重要 设 备＿ ２ ； 国内 已研 制 出用 于神 光 Ⅱ、 神 光 Ⅲ原 型实 验 的 Ｘ光 针孑 Ｌ 相机 ， 并获 得大 量实 验数 据口 。 由于 目前 在建 的神 光 Ⅲ主机 激 光装 置 在靶 室结 构 尺寸 及实 验 运行 方 式 上变 化很 大 ， 诊 断设 备在 外 形 和工 作模 式 上也 与 之前 的诊 断设 备存 在 很 大差 别 。神光 Ⅲ主机 靶 室 上 安装 诊 断 系 统 的 法 兰端 面 距 靶 室 中心 达 到 ３ ２ ２ ０ ｍｍ， 诊 断 系统 工 作 时 其 前 端 与靶 点 的距 离 较 短 （ 几 十 ｍｍ～几 百 ｒ ａｍ） ， 且需 对 靶 心进 行 高 精度 的 瞄准 （ ±１ ０ ０ ｍ） 口 ； 为 配合 实验 要求 ， 诊 断 系统 必须 在真 空 条件 下 实 现快 速 瞄准 和运 行 。而现 有 基 于神 光 Ⅱ及 神 光 Ⅲ原 型装 置 的诊 断设 备均 不具 备 这种 能力 。 由此 ， 本 研 究基 于 针孔 成像 技术 的原 理 研制 了神 光 Ⅲ主机 装置 用 Ｘ光 静 态成 像 系统 。该 系 统具 有 两种 工 作模 式 ： 一种 是 搭载 传 统 的 ｘ光 Ｃ Ｃ Ｄ作 为记 录设 备 ； 一种 是搭 载 ＭＣ Ｐ选通 型 分 幅相机 和科 学 型可见 光 Ｃ Ｃ Ｄ
神 光 Ⅲ主 机 装 置 Ｘ 光 静 态 成 像 系统 研 制
杨 品 ， 杨正华 ， 李 晋 ， 董建军 ， 曹柱荣 ， 闰亚东。 ， 王 维 ， 韦明智 ， 刘慎业
（ １ ．中 国 工 程 物 理 研 究 院 激 光 聚 变研 究 中 心 ，四川 绵 阳 ６ ２ １ ９ ０ ０； ２ ．中 国科 学 院 西 安光 学 精 密 机 械 研 究 所 ， 西安 ７ １ ０ １ １ ９ ）
作 为记 录设 备 。
１ 系统 原 理
针孑 Ｌ 成 像技 术基 于 光 的直线 传播 原理 ， 其 成像 光 路如 图 １所示 。当针孔 的直 径相对 于 物体来 说极 小 ， 可以 忽略， 将 针孔 可 以看成 一 个点 时 ， 直径 为 的光 源经 直径 为 ｄ的 针孑 Ｌ 后 成像 在像 平 面上 ， 其 大小 由物距 和 像
距 共 同决 定
一
。
一
Ｍ
‘
（ １）
式 中： Ｍ 为 成像 系 统 的放 大倍数 ； “为物 距 ； 为像 距 。
当在 物 平面 上 的两光 源相 隔 太 近时 ， 在像 平 面上 所成 的像 会发 生重 叠 ， 导 致这 两点光 源 在像平 面上 不可 分
辨， 所 以针 孑 Ｌ 相机 的空 间分辨 将受 到 针孔 大小 的 限制 ， 减小 针孔 的大 小 可 以提 高 系统 的空 间分 辨 ， 如 图 ２所 示 。 但 是 减小 针孑 Ｌ 会 导致 光波 衍射 ， 在 像 面上 形成 衍射 斑 ， 针孑 Ｌ 越小 ， 衍射 光斑 就越 大 ， 同样也 会影 响空 间分 辨 。综