上传用户：vhrhpcwech资料价格：5财富值&&『』文档下载 ：『』&&『』所属分类：机构：清华大学精密仪器与机械学系,清华大学精密仪器与机械学系,清华大学精密仪器与机械学系,清华大学精密仪器与机械学系,清华大学精密仪器与机械学系基金：科技部中德科技合作重点项目(No.2003DFB00028)分类号：TH741.6文献出处：关 键 词 ：&&&&权力声明：若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请点击。摘要：提出了基于棋盘光栅Ronchi检验法的微变表面形貌测量方法,可同时测量被测表面形貌两个正交方向的斜率,因而可通过一幅变形棋盘光栅图重构被测表面形貌。使用取微分极值的方法可简单有效地实现变形棋盘光栅图两个正交方向信息的分离和提取。根据所提出的测量方法和数据提取算法建立了微变表面形貌测量系统并对静态和动态表面形貌进行了测量。结果表明,所建立系统的分辨率0.1μm,测量范围50μm,符合有关研究中对微变液面的测量需求。Abstract：The micro variable surface topography measuring method based on the chessboard grating Ronchi test can be measured simultaneously measured in two orthogonal directions of surface topography slope, thus the deformed chessboard grating image reconstruction by means of the measured surface topography. The method can be used to realize the separation and extraction of the two orthogonal directions of the deformed grating image. According to the proposed measurement method and data extraction algorithm, the micro variable surface topography measurement system is established and the static and dynamic surface topography measurement is carried out. The results show that the resolution of the system is 0.1 M, the measurement range is 50 m, which is in accordance with the requirement of the measurement of micro fluid level in the relevant research.正文快照：1引言环境温度变化和外界干扰等因素会使液体表面产生不同程度的变形,这种液面变形是动态的,间接反映了液体浓度、温度和相变等一系列物理化学特性。晶体发生相变时(液态到固态或固态到液态),会伴随着振动和表面张力等因素的改变,液体表面形貌态亦会因之发生变化。因此,对晶分享到：相关文献|文档分类：
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蔡邦维在ICF激光驱动系统中,空阃滤波器是系统的重要组件,具有滤除高频噪音、光束扩束、像传递等作用,而组成空间滤波器的长焦距球面透镜焦距的检测效率及其透镜面形误差的高精度检测一直是我国ICF系统光学元件检测中的一个难题。目前采用的检测方法仍然沿用传统的测量方法,即刀口检测法,这种方法的主要缺陷是对透镜面形不能进行定量检测,为这类透镜的加工带来困难:利用刀口法测量透镜的焦距也因为焦距过长,而需要占用很长的工作空间,降低了检测效率。本论文旨在对长焦距透镜面形检测方法进行新的探索,提出了基于Ronchi光栅泰伯效应的扫描测量法,可以大大提高检测效率,并给出定量的检测结果。主要工作及研究结果包括:1,简要介绍了激光核聚变的有关知识,阐述了在ICF激光驱动系统中光学元件光学质量评价及其关键评价指标,以及长焦距球面透镜在ICF驱动系统中的作用。2,简要介绍了当前采用的测量长焦距球面透镜焦距以及检测透镜面形误差的传统方法,重点阐述了透镜焦距测量的新方法——基于Ronchi光栅泰伯效应的长焦距测量法,及长焦距透镜面形检测的刀口测量法。3,对基于Rouchi光栅泰伯效应的长焦距测量仪的重复性测量精度进行重新效核,研究了温度场对其测量精度的影响,并提出了改进方案,进行了实验研究,与未改进测量仪相比测量稳定性提高了8~10倍,标准差达到了1‰左右,使得测量仪的测量精度及其稳定性达到了实际测量的要求。四川大学硕士学位论文4,利用长焦距测量仪对大口径长焦距透镜表面局部区域的焦距测量,提出基于Ronehi光栅泰伯效应的子孔径扫描测量法,对长焦距透镜的面形进行高精度的定量检测。建立了扫描检测模型,编制了数据处理程序,并进行了有关的实验研究,证实了它的可行性。5,对基于Ronchi光栅泰伯效应的子孔径扫描测量系统的精度进行了分析,阐述了影响测量精度的因素,探讨了这种检测方法在实际检测工作中的应用价值。6,对基于Ronchi光栅泰伯效应的予孔径扫描测量系统进行了实验论证,通过对待测光学元件进行扫描测量实验,将实验结果与刀口测量仪的测试结果相比较,波前畸变轮廓相近,不同的是子孔径扫描测量系统能给出定量的检测结果,为进一步完善这种检测方法打下了坚实基础。本文取得的成果对我国ICF驱动系统的建造具有实际和重要的理论意义和工程应用价值。关键词:1CF驱动系统长焦距透镜Ronchi光栅泰伯效应子孔径扫描本论文工作得到中国工程物理研究院预研基金资助。Il塑型盔堂塑主堂竺笙兰Studies onimage evaluation techniques of longBy:Dong Junfocal lensMajor:opticsTutor:Cai BangweiIn the driver of the Inertial Confinement Fusion OCF),the spatialfrequency filter is the important module of system.wi血functions of filtering ontlligh-frequency noise.enlarged beam and image relay,but high—accuracymeasurement of focal length and wavefront of long focal lens posedone is difficult on test of ponents in ICF.Presently adopted test methodis traditional one,which is the knife edge method,and its main defect is that itdoesn’t take quantitative measurement.and need large workspace、Ⅳi也longerfecal length.Furthermore,a kind of new testing method with quantitative result,scanning measurement based on the Talbot effect of Ronchi—grating,has beenstudied.The main research results have been summarized as follows:1。Concerned information of 1aser fusion is introdueed in brief,and it iS set fortbthat the optical quality evaluation and key standard of ponents,andthe function of long focal lens In the driver of lCF.2.The traditional method也at focal length and wavefront of lens iS measured iSintroduced in bfief,especially emphasized a new testing method of focal length,long focal length measurement based on the Talbot effect of Ronchi—grating,and do the knife edge method on wavefront of long focal lens.U1四川大学硕士学位论文3,It is discussed that the effect ofthe temperatllre on the stability ofthe measuringsystem of long focal length,which is made based on Talbot effect of Ronchigrating.The method is obtained by large numbers of experiment that thiseffect is weakened,the stability is advanced 8 to 1 0 times than theunimproved measuring system.4,It is presented that scanning measurement method based on the Talbot effect ofRonchi—grating,which measures focal length of the different part area of longfocal lens by the measuring system of long focal length,and this method maytake quantitative measurement on wavefront of long focal lens.Scanningmeasurement model and data processing program has been presented,and theresult of experiment demonstrates that this method is feasible.5,the measuring precision is analyzed that the scanning measurement syNembased on the Talbot effect of Ronchi—grating,and the factor that effect on thetesting precision is set forth.6,The large numbers of scanning measuring experiment have been done by abovemeasuring system which is based on the Talbot effect of Ronchi—grating.Theresult of pared to the knife edge method,wavefront distortion issimilar,and the difference iS the new method may have quantitative testingresult.All of the results included in this dissertation are very useful both in thetheory and the engineering application of the ICF system,Key words:ICF drive system,long focal lens,Ronchi—grating,Talbot effectsub-aperture scanningThis work was supported by The Foundation of China Academy Of EngineeringPhysics.婴型奎堂婴主兰竺堡奎.第一章绪论1.1惯性约束聚变驱动系统概述1.1.1惯性约束核聚变工程核裂变和核聚变都是通过释放原予核结合能的方式产生出巨大的能量。核裂变是将熏的原子核打破,使之分裂成较轻的核;核聚变是将轻的原子核结合在一起,使之形成较重的原子核。如图1—1所示。圈l—l聚交和裂变的示意图核裂变能的可控释放已经通过核反应堆得到实现。随着技术的发展,核裂变能的利用技术已经很完善,而且已在许多先进国家的能源结构中占有相当的比例。但是,核裂变能的一个潜在的威胁是反应堆中存在的放射性物质以及产生的放射性废物,如果处理不当,将造成重大的安全事故和环境灾难。因此人类对更强大、更干净的核聚变能给予了巨大的期望,从反应过程分析,就单位质量而言,聚变释放的能量要比裂变大3~4倍。而且,聚变能是取之不尽的能源,因为聚变反应的燃料将使用包含在普通水中的氘,是地球上的富有资源,足够使用数十亿年:聚变能同时也是干净、安全的能源,因此,聚变能被人们称为“理想的能源”Lli。经研究表明,可以通过热核等离子体方式来实现受控核聚变,其中惯性约四川大学硕士学位论文束聚变正是利用激光或离子束驱动器提供的能量辐照氘氚靶丸,通过聚心内爆将聚变燃料压缩聚焦到高密度,并使之在短于惯性约束时间内完成聚变反应。美国科学家于1972年,利用强激光束对装有氢同位素热核材料的微球靶进行内爆压缩,实现了有效热核燃烧,从而拉开了研制高功率激光器的序幕。从那时起,高功率激光技术走过了辉煌发展历程。在数种激光技术途径探索和比较中,钕玻璃激光技术脱颖而出,进入九十年代,美国率先开始建造巨型固体激光器国家点火装置,这些激光器的输出功率高达全世界发电总功率的数十倍。八十年代中期发展起来的啁球脉冲放大技术(CPA)是激光技术的新里程碑,使激光峰值功率又提高了几个数量级。CPA技术与已有高功率激光装置相结合能够输出拍瓦激光(10”W),从而出现了极端条件下的高能量密度物理崭新的研究领域。1.1.2激光聚变基本概念高功率激光是惯性约束聚变驱动源技术之一,较之其它技术途径发展更加成熟。激光聚变基本原理是利用激光束直接加热或者利用激光束照射高z材料转换成的亚千电子伏的x光间接加热装有聚变燃料的微球靶丸表面,形成等离子体,高速外喷,如火箭原理一样,反作用力使靶物质以每秒数百公里的速度向内会聚,把热核燃料压缩。预计燃料压缩到铅密度的20倍,温度达到1亿度就能实现热核材料点火和燃烧,释放出聚变能。用激光束加热称作直接驱动,而用X光加热则称作间接驱动,这是两种基本驱动方式。在直接驱动中,所用聚变靶一般是用低Z材料如玻璃,最好是低密度高分子材料或金属铍做成微球壳,微球直径仅数百微米至数毫米;内充DT混合气体,如果要实现点火和高增益,需将靶置于液氮环境使之形成DT冰层;对于间接驱动靶,需把微球悬在高z材料如金做成的微型腔体内,既激光通过柱腔注入口辐照腔靶的内表面使墙壁材料的原子离化形成高温高密度等离子体。激光在这种热等离子体中传播和吸收,热等离子体内的原子能级跃迁,发射强的x一射线,X一射线辖照腔内充有热核燃料的DT靶丸外表面,靶丸表面材料被烧蚀向外喷射,起反作用力形成向内的冲击波,压缩靶丸,最终在靶丸中心产生内爆。四川大学硕士学位论文1. 1(1)(2)3 ICF物理对激光驱动器的基本要求短波长激光的吸收率高,超热电子少。对于波长为1.053微米的钕玻璃激光,耍利用非线性晶体(KDP)的变频作用,把基频光转换为0.35微米的紫外光。为了抑制激光与等离子体相互作用中有害的非线性效应,要求激光有较大的谱线宽度。宽带三倍频成为驱动器发展的一个技术瓶颈。目前尚未在技术上突破,只能从谱宽和倍频效率两者中折中。单宽带二倍频是可能的,对于高精度状态方程实验有价值。激光脉冲的持续时间不能太长,也不易太短,适宜的脉冲宽度与靶的尺寸有关,通常以纳秒脉冲为宣。脉冲形状要满足特定的要求,因此,驱动器要具有对激光脉冲波形进行精密“整形”的能力。(3)驱动器一般由多束激光组成。要求各路光束到达靶面时有相同的能量和瞬时功率,也就是说要有相同的总能量和一致的脉冲波形。允许的误差在5%一10%以内。为了确保功率平衡,还要求各路光束在时间上同时到达。时间同步是功率平衡的必要条件,同步精度应在10皮秒以内,相当于各路光束所历经的光程长度误差小于3毫米。(4)能量的大小决定了所能进行的物理实验的等级,越大越有用。为了获取高能量输出,激光器的光束口径不断扩大,平行放大的光束数目越来越多,造价随之大幅上升。离昂造价成为制约驱动器发展的障碍,同时也激励新技术的开拓与创新。(5)聚变物理要求激光束有极高的质量。与传统光学和常规激光器相比,“光束质量”的内涵更宽、更深:不仅涉及光束的远场特性(发散角小),也包含近场特性(振幅和位相均匀);不仅要求聚焦后主瓣能量集中,还对旁瓣有特别限制。(6)聚焦焦斑不仅要能量集中度高,而且焦斑主瓣的光强分布要尽可能均匀。四川大学硕士学位论文近场光强均匀性和聚焦后焦斑光强均匀性这两个要求在物理上是不相容的。为了同时满足,必需插入某种特定的光束变换器件。(7)激光脉冲的峰值功率(信号)与光脉冲到达靶面以前的背景杂光功率(噪音)之比。一般要求信噪比大于106~107,这对激光器是极其苛刻的要求,但对于倍频光较易达到。(8)激光束必需精确聚焦到靶面上预定的位置,允许误差在20—30微米内,相当于进入靶室的激光柬指向性精度要在角秒量级。(9)精密物理实验要求激光器提供的各项主要参数全都准确可靠,而且在多次发射中具有重复性和可控性,并以“成功率”来考核激光器的稳定性。成功率意味着再多次激光发射中,上列各项参数都要以足够的概率达到给定的指标。对于新建成的激光装置,再试运行阶段,成功率允许为50--60%,正式运行时要达90%,对特别重要的靶实验,要达到90%以上。(10)目前,固体激光驱动器的工作模式都是单次发射型的,每次发射后需要数小时的间隔,才能第二次工作。发射频度是反映驱动器性能的一个重要指标。除了精心设计散热和强制冷却系统外,还可以利用主动控制技术补偿残余热畸变,从而将发射间隔进一步缩短。1.1.4 ICF激光驱动器的基本结构用于ICF实验研究的激光驱动器是当今世界上规模最大、输出脉冲能量和功率最高的激光装置,输出功率10”~lO”矿,脉冲宽度为纳秒和亚秒量级。在这些激光系统中,主振荡器产生一个口径约为lem、脉宽为几个纳秒、能量为几个毫焦耳、经过整形的高质量脉冲,然后将其置入多个激光放大链中,光束依次通过孔径逐级扩大的钕玻璃放大棒和以Brewster角放置的钕玻璃放大片,脉冲光束的口径和能量也逐级放大至所要求的指标,并保持良好的光束质量。为了提高放大系统的效率、解决增益饱和问题并提高系统的性能价格比,激光设计者正尝试在新型ICF激光器设计中使用多程放大和多片阵列组合方案,在此系统中,前端系统产生能量为10mJ的整形脉冲,注入到四程通过的钕玻璃棒状预放大器,将光束能量提升至1J并注入到四程通过的主放大器。在主放大器中,光束四次通过片状钕玻璃放大片。与MOPA结构不同,光束每次通4四川大学硕士学位论文过都将使用放大片的整个孔径,光束能量逐渐增大,最终在助推放大器的最后一片钕玻璃放大片达到几倍于增益饱和的能量密度,这种结构可以最大限度地减少脉冲的时间畸变。为减少多路口径之间的间隔、提高泵浦能量的抽取效率,各激光放大链被设计为阵列式的组合结构,光学元件的通光孔径为方形。如图l一2所示。反圈1--2Beamlet激光器多程放大激光光路示图1.2 ICF系统中的光学元件作为ICF领域研究工作的领先国家,美国提出了在2l世纪初建立当今世界上最大的高功率固体激光器——“国家点火装置”,简称“NIF”,其主光路分为六个主要部分,分别是主激光系统、光束控制系统、激光注入系统、光脉冲发生系统、光开关区域以及终端光束汇聚系统。每一部分光学元件的特点都是数量多、种类多、口径大、精度高,整个装置的光学系统将使用7000多件大口径光学元件(口径大于400×400mm)及前端激光系统的件小光学元件,还有位于光路准直及控制系统中的数千个小型光学元件。种类多、数量大、口径大是ICF激光驱动系统光学元件的特点,这给工程加工提出了很高的要求。我国的神光III原型装置也需要大约500件各类大口径光学元件,这些光学元件的最大几何尺寸达到330 X 610mm,对角线长度达到约700mm,不但元件尺寸大,而且对其加工精度要求也很高,面形精度的基本要求是达到1.透射波前畸变量:五/6 P-V(检验波长:五=O.633/urn)播放器加载中，请稍候...
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光栅-朗奇刻线（Ronchi Rulings）
&&& 朗奇刻线，又称伦奇刻线Ronchi Rulings。玻璃基底，上面金属铬镀膜形成格栅，不透明的线条的宽度大约是线距的1/2。基底玻璃用的B270玻璃，折射率1.52，尺寸大小是50*50*1.5mm（R28除外），光栅刻线区域基本覆盖整个玻璃板（0R25、R26、R27除外，这3个的刻线区域的宽度大约30mm）。此类光栅主要用来检测光学分辨率、长畸变以及等焦距的稳定性，也可以作为光栅来产生干涉图样。
&&&& R12 pattern
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1)&&Two?Ronchi?gratings
双Ronchi光栅
2)&&Ronchi grating
Ronchi光栅
The accurate measurement of angle based on Talbot effect of Ronchi grating;
基于Ronchi光栅Talbot效应的角度精确测量
The measurement is realized by calculating the angle of moiré fringe formed by Talbot image of one Ronchi grating and another Ronchi grating.
这种方法是通过对一块Ronchi光栅的Tal bot像与另外一个Ronchi光栅所产生的莫尔条纹转角的计量来测量长焦距;通过扫描对大口径范围内的整个区域进行测量。
When a plane wave passes through a lens and illuminates on a Ronchi grating, Talbot images will appear at periodic Talbot distance behind the grating, the period of the Talbot image of the Ronchi grating has a relationship with the long foca.
这种方法的原理：平行光束经过被测透镜后照射在Ronchi光栅上，在Rochi光栅后周期性的位置会形成Talbot像，在光栅Talbot像的位置再放置一个相同的Ronchi光栅就会产生莫尔条纹，当入射的平行光束在垂直于光栅栅线方向有个微小的角度变化，莫尔条纹就会产生一个相应的明显移动；由莫尔条纹的原理可知，莫尔条纹的移动量与入射平行光束的变化角度有一个对应关系。
3)&&phase Ronchi grating
位相型Ronchi光栅
An orthogonal phase Ronchi grating was fabricated by ultraviolet lithographing and ion beam etching.
本文报道了采用紫外光刻和离子束刻蚀方法制作正交位相型Ronchi光栅的工艺技术，并讨论其衍射效率，给出公式及实验结果。
4)&&double grating scale
A high speed and high precision displacement measurement method using double grating scales;
基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法
5)&&double gratings
Velocity measurement by Doppler shift of double gratings;
利用双光栅的多普勒频移测速度
The coupling efficiency of single beam of such double gratings combination system is determined by the single pass coupling cavity efficiency and diffractive efficiency of grating.
这种双光栅非相干组束系统的单光束耦合效率是单程耦合腔效率和光栅衍射效率的合成,通过理论分析和数值计算,结果表明在设定的组束参数下双光栅非相干组束系统的单光束耦合效率可以达到75。
In the experiment of measuring of tiny displacement with double gratings,the amplitude of the resultant light signal changes,forming a sine envelope,which is inconsistent with the theory.
在用双光栅法测微小位移的实验中,光拍信号出现与理论不符的包络。
6)&&two-frequency grating
The real-time measurement by two-frequency grating;
关于双频光栅对物体实时测量的研究
Li and Yasuyuki successively proposed two different two-frequency gratings used for three-dimensional surface profilometry.
Li和Yasuyuki先后提出了两种应用于三维面形测量的双频光栅剖面术,这两种双频光栅均是将两种不同频率的条纹模式复合在同一个光栅上,但光栅复用的原理并不相同。
补充资料：2,2-双氯甲基-三亚甲基-双[双(2-氯乙基)磷酸脂]
CAS：分子式：C13H24Cl6O8P2中文名称：2,2-双氯甲基-三亚甲基-双[双(2-氯乙基)磷酸脂]英文名称：2,2- bis(chloromethyl)-trimethylene bis[bis(2-chloroethyl)phosphate] phosphoric acid, 2,2-bis(chloromethyl)-1,3-propanediyl tetrakis(2-chloroethyl) 2,2-bis(chloromethyl)trimethylene bis(bis(2-chloroethyl)phosphate) 2,2-bis(chloromethyl)-1,3-propanediyltetrakis(2-chloroethyl)phosphate
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