【CN109959347A】激光差动共焦核聚变靶丸形态性能参数测量方法与装置【专利】
用于惯性约束聚变靶丸测量的激光差动共焦传感器
用于惯性约束聚变靶丸测量的激光差动共焦传感器郭俊杰;邱丽荣;王允;孟婕;高党忠【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2013(021)003【摘要】针对目前原子力显微镜等方法只能测量激光惯性约束核聚变(ICF)靶丸外表面等难题,研制了高精度、非接触、小型化的激光差动共焦传感器(LDCS).该传感器基于差动共焦原理,利用激光差动共焦轴向响应曲线的零点对靶丸内外表面和球心分别进行定位,并结合物镜微位移驱动技术,实现靶丸内外表面和壳层厚度的高精度测量.该方法减少了靶丸表面的反射率、倾斜等因素对测量瞄准特性的影响,显著提高了系统的抗干扰能力.将传统的显微成像与差动共焦测量光路进行有机融合,实现了对被测样品的精确瞄准.初步实验与理论分析表明:当测量物镜的数值孔径NA 为0.65时,LDCS的轴向分辨力优于5 nm,信噪比优于1 160,过零点的标准偏差为10 nm.该传感器为激光惯性约束核聚变靶丸测量提供了一种新的技术途径.【总页数】8页(P644-651)【作者】郭俊杰;邱丽荣;王允;孟婕;高党忠【作者单位】北京理工大学光电学院,北京100081;南阳理工学院机械与汽车工程学院,河南南阳473004;北京理工大学光电学院,北京100081;北京理工大学光电学院,北京100081;中国工程物理研究院激光聚变中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院激光聚变中心,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TP212.14;TL816.9【相关文献】1.激光惯性约束聚变(ICF)玻璃靶丸研究及进展 [J], 张建华;卢忠远;汪关才;丁建旭2.激光惯性约束聚变（ICF）玻璃靶丸研究及进展 [J], 张建华;卢忠远;汪关才;丁建旭3.激光惯性约束聚变靶靶丸制备与表征 [J], 李波;张占文;何智兵;高党忠;陈素芬;何小珊;赵学森;漆小波;刘一杨4.惯性约束聚变靶丸高精度X射线数字成像 [J], 王琦; 高党忠; 马小军; 徐春; 朱溢佞; 姜凯; 张园成; 杨诗棣5.惯性约束聚变靶丸内杂质气体抽空流洗过程的数值模拟 [J], 邹雄;漆小波;张涛先;高章帆;黄卫星因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统的研制
激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统的研制赵维谦;王龙肖;邱丽荣;王允;马仙仙【摘要】针对激光聚变靶丸内表面轮廓高精度无损测量的迫切需求,研制了一套激光聚变靶丸内表面轮廓测量系统.该系统通过最小二乘算法(LSC)计算出靶丸回转偏心量,并利用偏心调整台对靶丸偏心进行自动快速调整;然后,系统软件控制气浮回转轴承驱动靶丸旋转,利用激光差动共焦传感器(LDCS)轴向响应曲线过零点及光线追迹算法精确计算出靶丸内表面轮廓上每个采样点的几何位置;最后,对靶丸内轮廓测量数据进行LSC评定得到其圆度信息.实验证明,靶丸回转偏心的自动调整时间可达22 s,当采样点分别为1024,2048及4096时,靶丸内轮廓测量时间分别可达10,20及40 s,且圆度测量标准差可达19 nm(1024点).该系统实现了靶丸回转偏心的自动快速调整及其内轮廓的高精度、无损、快速、自动测量.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2019(027)005【总页数】11页(P1013-1023)【关键词】共焦测量;聚变靶丸;内轮廓;自动偏心调整【作者】赵维谦;王龙肖;邱丽荣;王允;马仙仙【作者单位】北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京100081;北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TH7411 引言激光惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion, ICF)是涉及国家安全战略层面的前沿科学技术。
目前，美国国家点火装置(National Ignition Facility, NIF)的研究最为成熟，ICF实验中的核心部件靶丸为内含氘或氚等热核燃料的空心微球，且常用靶丸尺寸为：外径600～2 000 μm、壳厚10～200 μm。
激光核聚变靶表面几何参数扫描探针测量技术
激光核聚变靶表面几何参数扫描探针测量技术孙涛;高党忠;唐永建;傅依备;董申【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2002(036)004【摘要】应用改造的原子力显微镜(AFM)作为传感系统,配合精密回转气浮轴系和三维微定位装置,实现了对激光核聚变靶球圆周方位形状误差的精密测量.采用该测量技术获得的靶球表面几何参数的测量数据及分析结果可为制靶工艺提供检测手段,并为激光打靶实验提供准确的靶球表面形貌参数.【总页数】3页(P361-363)【作者】孙涛;高党忠;唐永建;傅依备;董申【作者单位】中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;哈尔滨工业大学,精密工程研究所,黑龙江,哈尔滨,150001;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900;哈尔滨工业大学,精密工程研究所,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】TL503.4【相关文献】1.激光核聚变靶表面几何参数扫描探针测量技术 [J], 孙涛;高党忠;唐永建;傅依备;董申2.三维激光扫描测量技术分析年轻成人快速上颌扩弓后腭部表面形态的变化 [J], 寇波;李爱群;王春玲;郑效忠;唐伟3.扫描 Kelvin 探针表面电位特征参数在有机涂层劣化研究中的应用 [J], 赵增元;吕伟艳;马永青;张有慧;孔爱民;朱玉婷4.三维激光扫描技术在岩体结构面几何参数获取中的应用 [J], 陈凯;杨小聪;张达;张弛;庞帆5.三维激光扫描技术在岩体结构面几何参数获取中的应用 [J], 陈凯;杨小聪;张达;张弛;庞帆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光核聚变靶标装配的在线测量的开题报告
激光核聚变靶标装配的在线测量的开题报告一、选题背景与意义随着人类社会对能源需求的日益增长，核能源逐渐成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
而核聚变作为一种更为理想的可再生能源，受到了越来越多国家和地区的关注和研究。
在核聚变领域中，激光核聚变技术被认为是最有前途的一种实现方式之一。
激光核聚变技术可以利用激光束将凝聚态的氢等核燃料加热至高温高压状态，从而实现核聚变。
在激光核聚变过程中，靶材起到了至关重要的作用。
靶材能够吸收激光束的能量，并将其转化为高温高压等刺激条件，以实现核聚变反应。
因此，靶材的性能和质量直接影响着激光核聚变反应的效率和安全性。
在近年来的研究中，利用纳米细节制备的高密度靶材不仅提高了靶材的密度，还显著提高了激光核聚变的效率。
但是，目前大部分靶材装配的过程都是采用手动方式进行的，并且无法在线测量装配精度，这往往导致了装配精度不高的问题。
因此，在线测量激光核聚变靶材装配的精度，对提高装配效率和保障核聚变反应的安全有着重要的意义。
二、研究内容和方法本文旨在研究激光核聚变靶材装配过程中的在线测量方法，以提高靶材的装配精度。
具体研究内容和方法如下：1、分析靶材装配过程中可能存在的误差源，包括靶材形状和尺寸误差、装配工具误差等；2、设计并制造装配工具，通过实验验证其可用性和装配精度；3、设计激光传感器，利用光学测量原理，实现对装配后靶材尺寸、形状和位置的在线测量；4、开展材料力学性能测试和有限元模拟分析，以验证装配过程中的变形和应力情况对靶材性能的影响；5、通过对激光核聚变实验数据的分析，验证激光核聚变靶材装配精度的提高效果。
三、研究难点和创新点1、靶材的形状、尺寸和质量都非常精密，需要使用高精度的装配工具和激光传感器进行测量，而且要求这些工具能够在高温高压的环境下稳定工作，因此装配和测量的方法和工具设计是整个研究的难点之一。
2、在研究过程中需要多学科的融合，如物理学、光学学、机械学等。
需要综合运用各个学科的知识和技术，才能实现靶材装配过程的在线测量。
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910175919.7
(22)申请日 2019.03.08
(71)申请人 北京理工大学
地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5
号
(72)发明人 赵维谦 王允 邱丽荣
(74)专利代理机构 北京理工正阳知识产权代理
事务所(普通合伙) 11639
代理人 邬晓楠
(51)Int.Cl.
G01B 11/255(2006.01)
G01B 11/24(2006.01)
G01B 11/06(2006.01)
G01B 11/00(2006.01)
G01N 21/65(2006.01)
(54)发明名称
激光差动共焦核聚变靶丸形态性能参数测
量方法与装置
(57)摘要
本发明公开的激光差动共焦核聚变靶丸形
态性能参数测量方法与装置，属于共焦显微成
像、光谱探测及激光惯性约束核聚变技术领域。
本发明将激光差动共焦技术与拉曼光谱探测技
术结合，利用激光差动共焦技术对激光聚变靶丸
壳层的内、外表面进行精密层析定焦，利用拉曼
光谱探测技术对靶丸壳层和界面进行光谱激发
探测，并进一步通过正交回转驱动技术对靶丸进
行三维回转驱动获得靶丸的内/外表面三维形态
参数和壳层/界面性能分布参数等，实现核聚变
靶丸形态性能参数综合测量。
本发明能够为激光
惯性约束核聚变仿真实验研究、靶丸制备工艺研究和靶丸筛选提供数据基础和检测手段。
本发明在激光惯性约束核聚变、高能物理和精密检测领
域有广泛的应用前景。
权利要求书3页 说明书6页 附图3页CN 109959347 A 2019.07.02
C N 109959347
A
1.激光差动共焦核聚变靶丸形态性能参数综合测量方法，其特征在于：利用激光差动共焦技术对聚变靶丸(13)壳层的内、外表面进行精密层析定焦，利用拉曼光谱探测技术对聚变靶丸(13)壳层和界面进行光谱激发探测，并进一步通过正交回转驱动技术对靶丸进行三维回转驱动获得聚变靶丸(13)的内、外表面三维形态参数和壳层、界面性能分布参数，实现聚变靶丸(13)形态性能参数综合测量，包括以下步骤：
步骤一、光源系统(1)经过准直透镜(2)准直为平行光束，平行光束被分光镜A(3)反射后再次被二向色分光镜(21)反射形成反射照明光束，反射照明光束由测量物镜(5)会聚为一点对聚变靶丸(13)进行照明，照明光被聚变靶丸(13)反射并激发产生拉曼光谱，携带聚变靶丸(13)信息的拉曼光谱和反射光束透过测量物镜(5)后形成测量光束，测量光束中拉曼光谱透过二向色分光镜(21)，经过光谱会聚镜(22)会聚后被光谱探测系统(23)接收；测量光束中反射光被二向色分光镜(21)反射，透过分光镜A(3)后进入差动共焦探测系统(6)，在差动共焦探测系统(6)中光束经过会聚镜(7)会聚后被分光镜B(8)分为两束，分别透过位于会聚镜(7)焦点前的针孔A(9)和焦点后的针孔B(11)，并被分别位于针孔A(9)和针孔B
(11)后的光电探测器A(10)和光电探测器B(12)接收；
步骤二、使计算机(16)控制物镜驱动系统(4)带动测量物镜(5)对聚变靶丸(13)进行轴向扫描，同时计算机(16)采集光电探测器A(10)和光电探测器B(12)接收到的光强信号，根据如下公式计算得到差动共焦曲线(17)，通过差动共焦曲线(17)的依次对聚变靶丸(13)的进行层析定焦，当测量光束会聚点分别与聚变靶丸(13)的内、外表面以及球心位置重合时，I(z ,u M )的值为零，监测I(z ,u M )的强度，依次记录I(z ,u M )的过零点位置的z坐标Z o ,Z i 和Z c ，即可得到聚变靶丸(13)对应光轴方向的内、外表面测量点以及球心的轴向光学坐标Z o ,Z i 和Z c
；
其中I(z ,+u M )和I(z ,-u M )分别为光电探测器A(10)和光电探测器B(12)接收到的光强信号，I(z ,u M )为归一化差动信号，通过归一化差动信号得到的差动共焦曲线(17)有效抑制聚变靶丸(13)表面属性差异影响和系统光源功率飘移，对聚变靶丸(13)进行准确的定焦；
步骤三、当测量物镜(5)的焦点位于聚变靶丸(13)内、外表面或者两者之间的壳层内部时，使计算机(16)采集记录光谱探测系统(23)对探测到的拉曼光谱λR ；
步骤四、将聚变靶丸(13)的壳层材料折射率n和外表面曲率半径R o 带入如下公式，计算
得到聚变靶丸(13)的壳层光轴方向的厚度t；
其中NA为测量物镜(5)的数值孔径；
步骤五、利用聚变靶丸(13)的内、外表面以及球心的光学坐标Z o ,Z i 和Z c 和厚度t可以计算得到聚变靶丸(13)的内、外表面物理坐标z i 和z o
：
权 利 要 求 书1/3页2CN 109959347 A。