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激光聚变靶丸球面经纬迹线优化球度测量方法

仪器仪表学报 2022年第1期43卷 127-135页

作者：黄婧雯马仙仙刘子豪赵维谦邱丽荣北京理工大学光电学院北京100081

针对激光聚变靶丸表面3D全形貌的高精度测量与评价难题,提出一种基于激光差动共焦原理的靶丸球面经纬迹线优化球度测量方法。该方法采用经纬迹线划分方案提高形貌信息采样覆盖率,实现靶丸球面形貌高效高精度测量。首先,利用差动共焦测... 详细信息

针对激光聚变靶丸表面3D全形貌的高精度测量与评价难题,提出一种基于激光差动共焦原理的靶丸球面经纬迹线优化球度测量方法。该方法采用经纬迹线划分方案提高形貌信息采样覆盖率,实现靶丸球面形貌高效高精度测量。首先,利用差动共焦测量系统对靶丸球面经纬迹线上二维圆周采样点进行精准定焦,获取二维轮廓信息;然后,利用精密三维位姿调整机构和正交回转轴系切换被测截面,获取覆盖靶丸全球面多条经纬迹线处的高度信息;最后依据建立的靶丸球面经纬迹线三维坐标转换模型,采用最小二乘算法对靶丸球度进行高精度评定,并对靶丸表面进行形貌重构。实验结果表明:测量57条迹线,被测靶丸的球度误差为1.946μm。该方法为靶丸表面全形貌高精度测量与评定以及定性观察提供了可行性方案。

关键词：激光聚变靶丸差动共焦球面轨迹优化球度评定三维重构

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激光聚变靶丸球度测量与评定

仪器仪表学报 2017年第11期38卷 2675-2681页

作者：马仙仙赵维谦李少白王龙肖王允北京理工大学光学测量研究中心北京100081

为了解决激光聚变靶丸表面形貌高精度测量与评定的难题,提出一种激光差动共焦靶丸球度测量与评定方法,该方法利用激光差动共焦测量系统的轴向响应曲线的过零点与其物镜焦点位置相对应这一特性实现对靶丸表面的定焦,通过将靶丸在两个正... 详细信息

为了解决激光聚变靶丸表面形貌高精度测量与评定的难题,提出一种激光差动共焦靶丸球度测量与评定方法,该方法利用激光差动共焦测量系统的轴向响应曲线的过零点与其物镜焦点位置相对应这一特性实现对靶丸表面的定焦,通过将靶丸在两个正交的方向上分别旋转,测量并获取靶丸表面的数个截面,实现靶丸表面全形貌测量,利用最小区域球度评定算法,建立靶丸球度评定的三维模型,对靶丸表面形貌进行定量评定。搭建实验装置对靶丸表面进行采样测量,评定结果显示,该方法的测量重复性为0.15μm,为靶丸表面形貌测量与评定提供了一种可行方案。

关键词：差动共焦激光聚变靶丸最小区域评定球度评定

激光聚变靶丸内球面缺陷共焦-干涉检测方法研究

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金属加工（冷加工） 2023年第7期 I0032-I0032页

作者：杨帅赵维谦(指导) 北京理工大学不详

激光惯性约束核聚变(ICF)是新能源获取、天体物理研究和激光模拟核爆的重要技术手段。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室在Nature Physics和其官网上多次报道指出:靶丸内球面缺陷是制约ICF点火成功的关键因素之一,但目前尚无实现其无损高分... 详细信息

激光惯性约束核聚变(ICF)是新能源获取、天体物理研究和激光模拟核爆的重要技术手段。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室在Nature Physics和其官网上多次报道指出:靶丸内球面缺陷是制约ICF点火成功的关键因素之一,但目前尚无实现其无损高分辨检测的有效手段。

关键词：惯性约束核聚变激光聚变靶丸 ICF 利弗莫尔内球面天体物理检测方法研究

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ICF靶材料和靶制备技术研究进展

强激光与粒子束 2008年第11期20卷 1773-1786页

作者：唐永建张林吴卫东李波中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

主要介绍了中国工程物理研究院ICF靶材料科学与靶制备技术在材料研究、靶丸制备技术、薄膜制备技术、精密微工艺及靶参数测量等方面的主要研究进展。在靶材料研究方面,近年相继研制成功全氘代聚苯乙烯(D-PS)有机材料、微靶掺杂和激光吸... 详细信息

主要介绍了中国工程物理研究院ICF靶材料科学与靶制备技术在材料研究、靶丸制备技术、薄膜制备技术、精密微工艺及靶参数测量等方面的主要研究进展。在靶材料研究方面,近年相继研制成功全氘代聚苯乙烯(D-PS)有机材料、微靶掺杂和激光吸收与X射线转换金属纳米或团簇材料;探索了新型有机气凝胶储氢材料,开展了金属小团簇理论研究和纳米金属复合材料的研究工作。在靶制备技术与工艺方面,完成了PS单层、双层和三层塑料空心微球的研制工作;利用低温等离子体聚合涂层技术,建立了微球表面沉积纯CH薄膜以及金属掺杂CH薄膜的工艺和技术;在玻璃微球充氩技术研究中,开展了原子力扫描显微镜对玻璃球壳钻孔工艺研究以及粒子辐照改性充气技术研究,等等。

关键词：惯性约束聚变 ICF靶材料 ICF靶工艺激光聚变靶丸纳米材料

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激光靶丸全表面检测与功率谱特征评价

原子能科学技术 2008年第9期42卷 833-836页

作者：赵学森孙涛马小军高党忠唐永建董申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

本工作基于靶丸全球面测量的经纬迹线法,应用由原子力显微镜、精密回转气浮轴系及辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌测量系统,对直径0.34 mm的空心塑料靶丸表面进行了测量实验。实验选择了圆周9条经圆(间隔20°),每个经圆方向上纬圆间... 详细信息

本工作基于靶丸全球面测量的经纬迹线法,应用由原子力显微镜、精密回转气浮轴系及辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌测量系统,对直径0.34 mm的空心塑料靶丸表面进行了测量实验。实验选择了圆周9条经圆(间隔20°),每个经圆方向上纬圆间隔10μm,最大偏移20μm的方案,获取了靶丸全球面的经纬测量迹线,并对测量结果进行了模数-功率谱特征曲线和表面均方根粗糙度的分析。

关键词：激光聚变靶丸原子力显微镜全表面检测经纬迹线法功率谱

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载气与玻璃微球间热传递系数的影响因素

原子能科学技术 2005年第6期39卷 535-539页

作者：漆小波唐永建李波张占文师涛中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

为实现干凝胶法制备空心玻璃微球工艺中载气与微球间传热过程的有效控制,建立了载气与微球之间综合热传递系数的计算模型,研究了载气环境参数(组分、温度和压力)和微球几何参数(直径和壁厚)对热传递系数的影响。结果表明:在常用的工艺... 详细信息

为实现干凝胶法制备空心玻璃微球工艺中载气与微球间传热过程的有效控制,建立了载气与微球之间综合热传递系数的计算模型,研究了载气环境参数(组分、温度和压力)和微球几何参数(直径和壁厚)对热传递系数的影响。结果表明:在常用的工艺参数范围内,热传递系数对载气温度、压力以及微球壁厚的变化不敏感,但热传递系数随微球直径的增大显著降低、随载气中氦气含量的提高而显著增加,且这种递减趋势随载气中氦气含量的增加而趋于显著。

关键词：空心玻璃微球热传递系数载气激光聚变靶丸

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扩大球面显微干涉有效视场衍射计算方法研究

扩大球面显微干涉有效视场衍射计算方法研究

作者：刘戴明南京理工大学

学位级别：硕士

靶丸是激光惯性约束聚变的核心元件,其表面几何状态直接关系到点火实验的成败。零位干涉显微测量技术（Null interferometric microscope,NIM）是目前实现靶丸缺陷检测的一项可行技术,具有精度高、分辨率高等优势。当采用NIM对靶丸外表... 详细信息

靶丸是激光惯性约束聚变的核心元件,其表面几何状态直接关系到点火实验的成败。零位干涉显微测量技术（Null interferometric microscope,NIM）是目前实现靶丸缺陷检测的一项可行技术,具有精度高、分辨率高等优势。当采用NIM对靶丸外表面进行微观形貌检测时,由于大数值孔径显微物镜景深较小,干涉像边缘视场出现离焦现象。离焦降低了单次测量有效视场,大大降低了全表面的测量效率。针对该问题,本论文在NIM基础上开展视场扩展方法研究。利用NIM初步测量结果,基于衍射数值计算的复振幅求解方法具有一定的优势。本文从该方法入手,开展了以下研究:研究了衍射的傅里叶分析方法。实现从探测器平面到曲面像面的衍射计算是离焦缺陷复原的关键步骤,而采用傅里叶变换的衍射公式能够准确快速地求解衍射问题。针对D-FFT算法中存在采样问题及窗口效应,研究了计算参数的选择依据。研究了曲面像面的分层近似模型。作为一种以分立面替代连续面的模型,详细地讨论了该模型的适用条件以及分层依据,确保了模型的可行性。针对模型中分层面相位差分布的求解问题,研究了干涉光场复振幅的构建方法及无镜成像理论,为提高模型准确性,研究了基于振幅积分的自聚焦算法。为验证衍射数值计算及自动聚焦算法的可靠性,以实际干涉光路参数模拟测试波衍射传输过程。结果表明,本文给出的衍射计算方法较传统方法具有较大优势。针对携带离焦锥形缺陷相位信息的波面,测试了不同聚焦评价函数的运算性能。结果表明振幅积分的效果优于其余典型评价函数。将衍射计算模型、自动聚焦算法及空间分层思想组合成最终的视场扩展方法。为验证本论文方法的可行性,基于实际测量系统设置对照实验。对于同一缺陷,采集其在不同对焦状态下的两组子孔径数据;对于同一靶丸,采集其在不同视场大小规划的全部子孔径数据。对上述数据进行算法复原。结果表明,对于中心视场的对焦结果,算法复原单缺陷的峰值相对误差为2%,半高宽相对误差在10%以内。对于大视场规划下的全表面缺陷统计数据,经算法恢复并进行统计的缺陷数据在不到1/4拼接次数下实现了90%总缺陷个数的统计结果,优于复原前不足70%的统计数量。即本文研究的适用于显微干涉系统的视场扩展方法能够在具备一定准确性的同时,简化测量次数,从而提高测量效率。

关键词：激光聚变靶丸 NIM 视场扩展自动聚焦算法

基于光学显微零位干涉术靶丸内表面缺陷测量方法研究

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基于光学显微零位干涉术靶丸内表面缺陷测量方法研究

作者：淳秋垒南京理工大学

学位级别：硕士

直径介于几百微米至几毫米的中空靶丸是惯性约束核聚变（Inertial Confinement fusion,ICF）实验的核心器件之一。其内表面任何微小的缺陷都有可能引发不对称压缩,导致点火失败。在现有的检测方法中,光学显微零位干涉术是靶丸内表面缺... 详细信息

直径介于几百微米至几毫米的中空靶丸是惯性约束核聚变（Inertial Confinement fusion,ICF）实验的核心器件之一。其内表面任何微小的缺陷都有可能引发不对称压缩,导致点火失败。在现有的检测方法中,光学显微零位干涉术是靶丸内表面缺陷检测方案中最具潜力的方案之一。本文针对靶丸内外表面形貌信息混叠现象以及内表面缺陷离焦问题,从光学空间分层衍射计算的角度出发,开展了以下研究:基于标量衍射理论,通过数学推导建立衍射面与观察面之间映射关系,在频域给出了平面角谱衍射公式,在空域给出了基尔霍夫衍射积分公式、瑞利-索末菲公式。重点分析了离散化过程中的衍射面的采样问题、传递函数采样问题。针对靶丸内外表面信息混叠的问题,研究了一种复原靶丸内表面缺陷信息的模型。该模型在物空间将视场内的靶丸前外表面、前内表面以景深为步长进行分层,利用物像共轭关系,将物空间的分层变换到像空间中的实际像面分层。在此基础上,引入虚拟透镜,构建了与实际像面成共轭关系的虚拟像面,将探测器面处波面复原简化成探测器面处波面到虚拟像面的波面反演,将原先的点投影下的混叠信息分离问题转化为平行投影下的混叠信息问题。通过区域划分,建立起探测器面处复振幅与前内表面的虚拟像面、前外表面的虚拟像面函数关系。针对轴向距离的校准问题,研究了自聚焦算法。将衍射计算、曲面分层、自聚焦算法、虚拟透镜组合成最终的层间解调算法。为了验证层间解调算法的可靠性,对层间解调算法关键步骤进行了仿真分析。首先仿真分析了引入虚拟透镜前后对复振幅重构的影响。然后,对两种层间调制量的求解方法进行仿真分析:第一种为空间分层方法;第二种利用频域拼接的方法。最后,仿真分析了层间解调算法在像差下复原结果,结果表明复原结果良好。搭建了零位显微干涉系统。针对直径2mm的靶丸的前内表面缺陷信息使用层间解调算法进行复原,并将复原后的单个子孔径内表面缺陷分布图与原先内表面离焦缺陷质心位置进行对比;其次,将算法复原的内表面缺陷和直接成像在前内表面获取的内表面缺陷进行对比,证明本文提出的复原算法复原出的内表面缺陷可以消除外表面缺陷调制的影响,解决了自身离焦的问题。最后,在误差分析中,着重分析了靶丸表面粗糙度对内表面缺陷复原的影响,发现在粗糙度较小的情况下,复原的内表面缺陷情况良好。

关键词：激光聚变靶丸零位显微干涉混叠信息分离曲面分层

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分步加压法测量薄壁空心玻璃微球的耐压能力

强激光与粒子束 2001年第5期13卷 591-594页

作者：邱龙会傅依备唐永建郑永铭师滔袁玉萍中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

根据空心玻璃微球 (HGM)耐内、外压能力与玻璃强度及形状因子的关系 ,用分步加压法测量了直径为 3 5 0～ 5 5 0μm,壁厚小于 1 .1μm的 3种配方 HGM的耐内、外压能力及 HGM玻璃的杨氏模量和拉伸强度 ,并由强度测定值给出了不同直径与壁... 详细信息

根据空心玻璃微球 (HGM)耐内、外压能力与玻璃强度及形状因子的关系 ,用分步加压法测量了直径为 3 5 0～ 5 5 0μm,壁厚小于 1 .1μm的 3种配方 HGM的耐内、外压能力及 HGM玻璃的杨氏模量和拉伸强度 ,并由强度测定值给出了不同直径与壁厚 HGM的耐内、外压能力的计算式 ,分析了测量误差。

关键词：激光聚变靶丸空心玻璃微球分步加压法耐压能力测量杨氏模量