透明靶丸内轮廓形貌及壳层厚度分布测量技术研究

针对激光核聚变中,迫切需要测量聚变靶丸某些几何轮廓参数这一背景需求，提出研究可同时测量透明靶丸内、外轮廓形貌及壳层厚度的激光差动共焦透明靶丸几何量测量方法与技术，旨在为靶丸内表面轮廓和壳层厚度分布高精度测量难题的解决探索行之有效的技术途径。研究包括：1）实现透明靶丸内、外表面高精度层析定焦的共焦原理与方法；2）具有高纵向定位精度与高空间分辨力的超分辨差动共焦测量原理与技术；3）透明靶丸内、外表面轮廓精确触发瞄准原理与技术；4）靶丸高精度回转、正交转位方法及微轮廓信息获取的方法与技术；5）靶丸折射率、面型、曲率半径等对内部层析定焦精度的影响分析及抑制；6）实验验证系统构建等。主要指标：轴向和横向分辨力分别优于2nm和200nm，可测靶丸壳厚为0.5～30μm，测量精度为0.15μm等。项目完成后可为透明空心靶丸内外表面形貌和壳层厚度均匀性测试提供新方法，具有重要的学术价值和广泛的应用前景。

激光核聚变靶丸是激光核聚变实验的核心器件，其表面形貌的精确测量、分析和控制对靶丸本身物理特性的研究、靶丸的制备以及核聚变内爆试验具有重要的意义。针对靶丸内外表面形貌以及壳厚均匀性等几何参数的迫切测量需求，课题组在国家自然基金委和中国工程物理研究院联合自然基金“透明靶丸内轮廓形貌及壳层厚度分布测量技术研究(编号：11076004)”的资助下，开展了深入研究，取得如下研究成果：.1）提出了超分辨差动共焦靶丸内外轮廓形貌及壳层厚度分布测量方法，该方法将共焦层析定焦原理应用于靶丸参数测量，实现了对透明靶丸内、外表面的高精度层析定焦；结合超分辨光瞳滤波技术和径向偏振紧聚焦技术，改善了系统的空间分辨能力；.2）建立了基于球面散射理论的差动共焦靶丸测量理论模型，对靶丸折射率、面型、曲率半径等对内部层析定焦精度的影响进行了分析并采取了抑制措施；根据建立的靶丸探测理论模型对超分辨光瞳滤波器的参数进行了优化，兼顾了系统的轴向分辨力与像差抑制；.3）提出了基于气浮回转技术的靶丸轮廓扫描测量技术，实现了对靶丸内轮廓的精密回转测试；.4）基于上述方法与技术，构建了靶丸测试实验装置，其技术指标可达：轴向和横向分辨力分别优于2nm和130nm，可测靶丸壳厚大于40μm，测量精度为0.128μm等。.上述研究为透明靶丸内轮廓形貌及壳层厚度分布的测量提供了理论与技术基础。围绕靶丸参数测量技术，共发表学术论文11篇，其中6篇发表在SCI检索国际期刊上，并有2篇发表在国际光学领域权威期刊Optics Express上，授权发明专利7项，受理发明专利1项。参加国内外学术会议8次。本项目所提出的差动共焦靶丸壳层厚度分布测量方法已进一步争取到国家重大科学仪器设备开发专项“激光差动共焦成像与检测仪器研发及其应用研究（编号：2011YQ040136）”的支持，以期深入开展仪器化研究。