1 课题背景
激光核聚变是以高功率激光作为驱动器的惯性约束核聚变。惯性约束核聚[1]是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身,从而实现核聚变反应的一种方法。其基本思想是:利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料(氘、氚)形成等离子体,在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内,通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态,从而发生核聚变反应。由于这种核聚变是依靠等离子体粒子自身的惯性约束作用而实现的,因而称为惯性约束聚变。激光核聚变中,靶球是核心靶件,其中心区域冲有低浓度的氘、氚气体,球壳由烧蚀层和燃料层组成。
靶球全表面的面形测试,需要采用分区测量,子孔径拼接的方法来实现。子孔径
拼接技术有多种方法,对于镜面干涉的误差也有多种检测与校正的方法。系统误差会影响测量精度,用传统的方法无法消除,所以需要寻找新的检测、标定方法。在查找论文的过程中,发现了多种,如对称位置像差消除法(SPAC)——利用SPAC方法,标定需要两个相互独立的测量值,并且通过平均这两个测量值的测试波前,可以减少系统误差。基于波前倾斜和离焦引起的几何像差分析的严格模型,提出了一种校正相应几何像差的方法。校准方法可以在受试球面仿真系统误差。
由于靶球的尺寸只有1-2mm,所以需要通过显微干涉的方法来获得子孔径拼接所需要的面形参数, 为了解决大相对孔径显微干涉的畸变识别与标定问题,需要了解微球测试项目各项关键技术,包括短相干光干涉测量技术、显微干涉测量技术、精密结构自动化调试技术、3D约束子孔径拼接技术等,掌握显微干涉系统的光学设计和像差分析方法。同时对现如今球面系统误差的测试与标定的方法进行一定的了解,为解决大相对孔径显微干涉的畸变识别与标定问题提供思路与方法。
2 显微干涉原理
Linnik型短相干干涉光路原理
Linnik干涉显微镜光路形式如上图所示,上图表示的是Linnik型短相干偏振干涉。由短相干正交偏振光源发生器产生的带有一定光程差的短相干、偏振方向正交的S光、P光,进入Linnik型干涉系统,S光作为测试光经偏振分光棱镜(PBS)反射,经过1/4波片和显微镜会聚到待测微球球心,经微球反射返回再通过1/4波片,通过旋转1/4波片光轴方向,使得测试光变为P光,经PBS透射最终到达CCD;P光作为参考光透过偏振分光棱镜(PBS)、1/4波片及显微镜会聚到标准球面反射镜的球心,经该反射镜反射返回再通过1/4波片,通过旋转1/4波片光轴方向,使得测试光变为S光,经PBS反射最终到达CCD,此时参考光和测试光在CCD处发生干涉,通过移动短相干光源中的平移台可以改变S光和P光的光程差以排除待测样品前后表面多次反射产生的干扰。经过PZT移相后,产生一组时间移相的干涉图,采用四步移相算法解算相位,获取待测微球表面的缺陷信息。
3 子孔径拼接技术
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