成像型VISAR的成像及照明光路结构的制作方法

本实用新型属于激光干涉测试技术领域，具体涉及一种成像型VISAR的成像及照明光路结构。

背景技术：

成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)是高能量密度物理实验中用于测量界面、自由面、冲击波波阵面等表面速度信息的设备，由传统干涉测速技术发展而来。成像型VISAR系统一般由照明激光注入结构、成像及传像结构、干涉仪结构和光学条纹相机组成，能够对被测面不同空间位置的速度信息进行测量。

对于传统的成像型VISAR来说，其包含的光学结构主要由连续介质组成的传统硬光学系统组成，包含各类成像、传像镜头等。其光路最显著的特点是成像和传像结构与照明激光注入结构共用光路，利用同一个光学结构既能将照明激光耦合进入光路并照明在被测表面上，也能收集被测表面反射的光信号并对被测表面成像，具有成像质量较好、光路较为紧凑、光能利用率高的优势。目前，美国NIF激光装置、中国神光激光装置的成像型VISAR系统均采用这种结构。但是，这种传统结构具有以下缺点：

1、为保证一定的收光效率，其使用的硬光学系统口径较为庞大，重量较大，需占据较大的测量空间；

2、由于共用光路的原因，一旦需要调节成像光路，则必须同时调节探针激光注入的方向和位置，导致光路调节过程较为复杂；

3、成像光路通常固定在真空靶室上，形成刚性结构的固定模式，其光轴指向和径向调节量较小，灵活性较差，不能适应于多种复杂的被测面条件。

解决以上问题成为当务之急。

技术实现要素：

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种成像型VISAR的成像及照明光路结构，采用光纤传像束，结构紧凑，使成像即照明光路具有较大调节量，调节方式灵活、快捷。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种成像型VISAR的成像及照明光路结构，其要点在于：包括成像模块、传像模块和安装组件，所述成像模块和传像模块用于照明激光入射和对被测靶面成像，所述安装组件用于与靶室连接；所述传像模块包括传像束前耦合镜头、传像束后耦合镜头、光纤传像束和用于调节该光纤传像束前端姿态的调节组件，所述光纤传像束的前后两端分别与传像束前耦合镜头和传像束后耦合镜头连接。

采用以上结构，结构紧凑，自重小，便于移动，所述传像模块通过所述安装组件安装在真空的靶室内，所述成像模块位于靶室外。照明光路无需调节即可与成像光路对接，大大简化了VISAR系统调节过程，并且，通过调节组件能够快速、便捷、灵活地调节光纤传像束前端姿态，改变光路指向和位置，使得被测靶面能以合适放大倍数清晰地成像到传像束前端面，通过传像束从前端面传递至后端面，再通过传像束后耦合镜头成像到靶室外一次像面，一次像依次经过带孔反射镜、平面反射镜和二次成像镜头后二次成像，同时可通过改变二次成像镜头在光路中的前后位置，使二次像面准确落在待记录的位置。

作为优选：所述成像模块包括激光耦合镜、带孔反射镜、平面反射镜和二次成像镜头；照明激光依次经激光耦合镜和带孔反射镜射入传像束后耦合镜头，被测靶面像从传像束后耦合镜头出射后一次成像，再依次经带孔反射镜、平面反射镜和二次成像镜头后二次成像。采用以上结构，成像模块既能作为照明激光的入射光路，又能作为成像光路，简单、可靠且实用。

作为优选：所述安装组件包括套设在所述传像束后耦合镜头上的法兰盘，该法兰盘与靶室的法兰通过紧固螺栓固定连接。采用以上结构，能够可靠地安装传像模块，并且法兰盘具有良好的密封性能，保证靶室的真空环境。

作为优选：所述调节组件包括用于调节所述光纤传像束前端姿态的传像束调节台和用于支撑该传像束调节台的支撑杆，该支撑杆的前端通过锁紧转轴锁止或解锁所述传像束调节台，所述支撑杆的后端安装在所述法兰盘上，所述传像束调节台同时与光纤传像束的前端和传像束前耦合镜头的后端连接。采用以上结构，传像束支撑台为一个小型二维平动调节平台，其整体通过锁紧转轴固定在支撑杆前端，并可随该锁紧转轴一起转动，通过手动或电动调节，可实现二维位置调节及角度调节，以改变光纤传像束前端的姿态，另外，支撑杆身最前端弧面被削平，使锁紧转轴可绕自身轴线转动并能锁紧。

作为优选：所述支撑杆的后端通过连接螺栓与所述法兰盘固定连接。采用以上结构，结构简单，连接可靠，对传像束调节台起到良好的支撑作用。

作为优选：在所述传像束后耦合镜头穿出所述法兰盘的一端安装有密封窗口。采用以上结构，用于将传像模块密封在真空靶室内部，避免外界干扰。

作为优选：所述密封窗口为采用熔石英材料的平板玻璃。采用以上结构，结构简单，密封性好，易于制造，并且生产成本低廉。

作为优选：所述光纤传像束具有黑色塑胶管铠装。采用以上结构，光纤传像束为大截面、小芯径的石英材质传像束，并具有黑色塑胶管铠装，防止环境光串扰。

作为优选：所述激光耦合镜采用探针式激光耦合镜。采用以上结构，用于将探针式激光耦合镜形成合适口径的光束，用于控制最终照明区域的大小。

作为优选：在所述平面反射镜上镀有与照明激光波长相适应的高反膜。采用以上结构，以保证传像质量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型提供的成像型VISAR的成像及照明光路结构，结构新颖，紧凑小巧，便于移动，照明光路无需调节即可与成像光路对接，大大简化了VISAR系统调节过程，并且，通过调节组件能够快速、便捷、灵活地调节光纤传像束前端姿态，改变光路指向和位置，具有极高的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种成像型VISAR的成像及照明光路结构，包括成像模块1、传像模块2和安装在真空的靶室4上的安装组件3，其中，传像模块2通过安装组件3安装在靶室4内，成像模块1位于靶室4外，所述成像模块1和传像模块2用于照明激光入射和对被测靶面5成像，所述安装组件3用于与靶室4连接。

请参见图1～图3，所述传像模块2包括均位于靶室4内的传像束前耦合镜头21、传像束后耦合镜头22、光纤传像束23和用于调节该光纤传像束23前端姿态的调节组件24，所述光纤传像束23的前端与传像束前耦合镜头21连接，所述调节组件24同时与光纤传像束23的前端和传像束前耦合镜头21连接，所述光纤传像束23的后端与传像束后耦合镜头22连接，所述传像束后耦合镜头22安装在安装组件3上，其后端穿出安装组件3后设置有密封窗口6，以保证传像模块2处于真空环境中。

请参见图1和图3，所述安装组件3包括套设在所述传像束后耦合镜头22上的法兰盘31，该法兰盘31为特制的平板，开通孔用于安装传像束后耦合镜，法兰盘31与靶室4的法兰41通过紧固螺栓32固定连接，以上结构既能够可靠地安装传像模块1，并且法兰盘31和法兰41的配合结构简单，具有良好的密封性能，保证靶室4的真空环境。另外，所述密封窗口6为采用熔石英材料的平板玻璃，其通过螺钉61安装在法兰盘31上，连接牢固可靠，成本低廉。

请参见图1，所述光纤传像束23是本实用新型的关键部件，其为大截面、小芯径的石英传像束，带黑色塑胶管铠装，防止环境光串扰；传像束可挠性高,并处于弯曲不紧绷的状态，便于其整体调节。为达到较好的成像和照明效果，传像束有以下特点：1、光纤传像束23的纤芯使用耐辐照的石英材料，以避免X光暗化而影响传光效率；2、每根纤芯的直径小于20微米，以保证成像质量；3、光纤传像束23的纤芯采用紧密型排列方式，填充物尽可能地薄，以避免发生成像细节丢失；4、每根纤芯两个端面均镀制抗反射的的增透膜，以提升耦合效率。

传像束前耦合镜头21是一个小型固定焦距可调式光学镜头，内置可调焦距的弹簧结构，安装在光纤传像束23的前端，作用是通过探针激光聚焦照明被测靶面5，并对被测靶面5进行光信号收集并成像传递到光纤传像束23的前端端面；对传像束前耦合镜头21调焦，可保证位于光纤传像束23的成像清晰。传像束后耦合镜头22是一个固定焦距的光学镜头，其安装在传像束后端，目的是将光纤传像束23的后端端面像传递至靶室4外的成像模块1，并将探针照明激光耦合进入光纤传像束23，其所成的光纤传像束23端面像位于一次像面7位置。

请参见图1～图3，所述调节组件24可以采用机械臂式的三维调节形式，也可以采用二维调节形式，本实施例的调节组件24采用二维调节形式。具体地说，调节组件24包括用于调节所述光纤传像束23前端姿态的传像束调节台241和用于支撑该传像束调节台241的支撑杆242，传像束支撑台241为一个小型二维平动调节平台，其整体通过锁紧转轴243安装在支撑杆242的前端，传像束支撑台241可随该锁紧转轴243一起转动，通过手动或电动调节，即可实现传像束支撑台241的二维位置调节及角度调节。支撑杆242为带加强筋的长圆柱形杆，支撑杆242的前端弧面削平以便于安装锁紧转轴243，所述支撑杆242的前端通过锁紧转轴243锁止或解锁所述传像束调节台241，所述支撑杆242的后端通过连接螺栓244安装在所述法兰盘31上，所述传像束调节台241同时与光纤传像束23的前端和传像束前耦合镜头21的后端连接。具体地说，光纤传像束23的前端和传像束前耦合镜头21一同安装在传像束调节台241上，通过调节传像束调节台241和旋转锁紧转轴243，使得光纤传像束23的前端位置及指向发生改变。光纤传像束23的后端则与传像束后耦合镜头22一起固定在法兰盘31上，位置和姿态不动，靶室4外的照明激光光路无需调节即可与之对接。

请参见图1和图3，所述成像模块1用于照明激光入射和对被测靶面5成像，其包括均位于靶室4外的激光耦合镜11、带孔反射镜12、平面反射镜14和二次成像镜头13。其中，所述激光耦合镜11采用探针式激光耦合镜，用于将照明激光整形成合适口径的光束，用于控制最终照明区域的大小；带孔反射镜12为中间开圆孔的介质膜反射镜，反射面用于传像，中间开孔位置用于照明激光的入射；平面反射镜14为普通介质膜反射镜，镀制照明激光波长的高反膜，以提高传像清晰度；二次成像镜头13为普通定焦光学镜头，用于进行二次成像，二次成像镜头13可在光路中前后移动，将二次像面8调节到位于待记录的位置。

照明激光依次经激光耦合镜11和带孔反射镜12射入传像束后耦合镜头22，被测靶面像从传像束后耦合镜头22出射后一次成像，再依次经带孔反射镜12、平面反射镜14和二次成像镜头13后二次成像。

本实用新型的工作过程如下：

照明激光通过激光耦合镜头11整形成光束口径合适的平行光，从带孔反射镜12中间的圆孔穿过进入传像束后耦合镜头22进行缩束，传像束后耦合镜头22与光纤传像束23的后端一起固定在法兰盘31上，位置和姿态固定，法兰盘31则固定在真空的靶室4的法兰41上，因此，照明激光无需调节即可耦合进入光纤传像束23，并通过光纤传像束23传递至其前端面，经由传像束前耦合镜头21聚焦照明到被测靶面5上。然后，传像束前耦合镜头21固定在光纤传像束23的前端，将被测靶面5的成像到光纤传像束23的前端面，两者又同时安装在传像束调节台241上，传像束调节台241通过锁紧转轴243安装在支撑杆242上，传像束调节台241可绕支撑杆242前端的锁紧转轴243转动，而传像束调节台241本身带二维平动调节功能，因此能带动光纤传像束23及传像束前耦合镜头21一起调节，改变光路指向和位置，使得被测靶面5能以合适放大倍数清晰地成像到光纤传像束23的前端面。被测靶面5的成像通过光纤传像束23从前端面传递至后端面，并通过传像束后耦合镜头22及密封窗口6后成像到靶室外一次像面7位置，一次像依次经过带孔反射镜12、平面反射镜14和二次成像镜头13后二次成像，最终通过改变二次成像镜头13在光路中的前后位置，使二次像面8落在待记录的位置。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。