基于角度复用频域合成的微喷粒子场高分辨快速提取方法

When a shock wave interacts at the surface of a metal sample, "ejected matter" (ejecta) can be emitted from the surface. This phenomenon widely exists in shock-loaded conditions, and plays a key role in the studies of inertial confinement fusion (ICF) and metal surface. One cannot predict the generation and transport of ejecta source terms in theory, experimental measurement is the key method to investigate ejecta by extracting ejecta particle field. Accurate analysis requires extracting the information of particles with a diameter of 0.5μm, conventional holography cannot meet this requirement. Los Amos National Laboratory improves the resolution of their system by reducing the wavelength of illumination wave, this method has its limits (see section 1). To address the limits, in this project we propose a novel method which achieve high resolution by frequency-domain synthetic-aperture method, and implements high-speed imaging by eliminating redundancy and multiplexed recording strategy.

微物质喷射，简称微喷，指在冲击加卸载条件下金属表面破碎并喷射出高速颗粒流的动力学现象。微喷射现象广泛存在于冲击动力学过程中，在惯性约束聚变和冲击条件下的材料界面研究等众多重大科学领域起关键影响作用。截至目前尚无模型能够完全预测微喷产生及演化过程，实验测量和分析是研究微喷过程的主要手段。微喷粒子场信息（包括颗粒数量、空间分布、颗粒度）提取是研究微喷过程的重要内容，精细冲击动力学分析需要提取微喷粒子场中粒径为~0.5um甚至更小的颗粒信息，传统全息成像技术的空间分辨率不满足需求。美国Los Alamos 国家实验室等机构通过减小波长提高了空间分辨率，这种传统的方法基于Abbe极限公式，局限性明显(见第一部分)。为跳出传统框架，本课题提出了通过频域合成技术实现高空间分辨，通过滤除微喷粒子场冗余信息结合复用（包括照明和记录复用）技术实现瞬态诊断的新型机制。

微喷射现象广泛存在于冲击动力学过程中， 在激光间接驱惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion, ICF)研究等众多重大科学领域起关键影响作用。因现有的模型不能完全预测微喷产生粒子分布，为了充分理解微喷现象，研究者开展了实验研究。另外，自然界涉及的许多碎裂现象都跟微喷物理过程类似，研究微喷过程无疑对自然界基本物理过程的认识也很重要。全息成像技术在大视场、瞬态粒子场测量方面有独特的优势，能够提供粒子三维坐标、粒子形状及面积，已被用于微喷实验。精确分析微喷颗粒场需要0.5μm分辨的成像技术，传统全息技术无法满足需求。美国Los Alamos 国家实验室等机构通过减小波长提高了空间分辨率，这种传统局限性明显。为此，本课题提出了通过频域合成技术实现高空间分辨，通过滤除微喷粒子场冗余信息结合复用（包括照明和记录复用）技术实现瞬态诊断的新型机制。通过仿真及实验数据证明了方法的可行性，大量的实验结果证明该方法能够将分辨率提高26%，同时在信噪比及粒子识别率方面优于传统全息。实验结果进一步证明了该方法能够能够有效抑制传统全息中的条纹噪声、共轭像及非在焦 噪声，为高速粒子高分辨诊断提供了一种技术手段.