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成像型双灵敏度VISAR系统设计及精度分析

李金珂  
【摘要】: 随着激光技术的发展,激光干涉测速已经发展成为测量靶自由面速度或者内部粒子速度随时间变化的主要测试手段,而VISAR(Velocity InterferometerSystem for Any Reflector)正是其中最先进的一种测速技术。它在国外被广泛用于惯性约束核聚变(ICF)研究,成为最近几十年内发展起来的最重要的波剖面测试设备。国内随着ICF研究的不断深入以及大型激光驱动器的建立,通过对冲击波整形实现燃料的等熵压缩已成为可能,急需研制适用于ICF冲击波测量的VISAR。 本文根据“神光-Ⅲ原型装置”靶室测试项目立题,研制了一套成像型双灵敏度VISAR样机,并围绕系统设计、精度分析以及动静态实验等进行了一定的研究工作。主要内容包括以下几个方面: 1.对VISAR的理论基础进行了讨论,结合多普勒频移效应以及光学混频理论,推导出了VISAR测速公式。 2.分析了传统VISAR中的条纹丢失问题,提出了双灵敏度测量的解决方案。并针对实际冲击波测量需要,将采用光电倍增管的单点测试改为利用条纹相机的成像型测试系统,从而还原整个面的运动情况,获取更多的信息。 3.结合实际技术指标,对系统的照明、成像、干涉和记录模块进行了设计。该系统的测速范围可达到6km/s-60km/s,速度探测极限为0.2km/s,测速不确定度小于2%。 4.研究了影响系统精度的几个因素。分析表明条纹判读误差对系统的精度影响最大,而条纹对比度对条纹判读的影响最大。 5.研究了光学元件的面形误差与条纹对比度的关系,结合系统测速精度对面形误差提出了一定的要求。 6.在实验室及靶场环境下,分别进行了静态和动态实验,对实验结果进行分析和总结。


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