一種激光等離子體產(chǎn)生的靶速度測量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體動量測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光等離子體產(chǎn)生的靶速度測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]強激光與靶相互作用時產(chǎn)生超音速噴射的等離子體，根據(jù)動量守恒，在等離子體噴射的反方向產(chǎn)生一個作用力，該作用力可以作用一種新的推進源，這就是激光等離子體推進的基本原理。激光等離子體推進技術(shù)由于在推進比沖、發(fā)射成本、環(huán)保、安全等方面的優(yōu)勢，在過去的幾年內(nèi)獲得了迅速的發(fā)展。而對于等離子體產(chǎn)生的動量是激光等離子體推進中首先要解決的問題，由于激光等離子體產(chǎn)生的動量很小，并且等離子體與物體的作用時間很短，因此如何測量該等離子體的動量，特別是動量中的速度是一個首先需要解決的問題。
[0003]對于激光等離子體的動量測量，現(xiàn)在的實際實驗中是利用守恒原理來實現(xiàn)。根據(jù)動量守恒，被激光燒蝕的物體的動量即靶的動量便是等離子體的動量。對于靶動量來說，關(guān)鍵是得到靶的速度。目前在實驗上一般采用單擺法測量，但該方法的缺點在于屬于間接測量，引入誤差較大。
[0004]發(fā)明人之前的研究中提出過采用多束探測光的測量裝置，當靶擺過探測光后，多束探測光之間的距離與靶擺過該距離的時間比值，就是靶的速度。但該裝置由于探測光間的距離在微米量級，所以只適用于靶速度比較小的情況，一般在mm/s的量級。而對于較大靶速度的測量，如m/s的情況便無法實現(xiàn)測量。對于單束探測光的測量裝置，只適合測量較大的靶速度。因此，如何能創(chuàng)設(shè)一種同時測量速度較大和速度較小的寬范圍的靶速度測量裝置及方法，是目前該領(lǐng)域面臨的一個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種激光等離子體產(chǎn)生的靶速度測量裝置，該裝置能同時實現(xiàn)從m/s到mm/s的大范圍靶速度的測量，從而克服現(xiàn)有的測量裝置的不足。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種激光等離子體產(chǎn)生的靶速度測量裝置，包括光源、邁克爾遜干涉儀、單擺、分束鏡、光電管、示波器、電荷耦合元件和計算機，
[0007]所述單擺包括靶和設(shè)置在靶下方的細絲；
[0008]所述邁克爾遜干涉儀用于將所述光源發(fā)出的光形成多束相干光，所述多束相干光作為探測光束，經(jīng)過所述細絲后射向分束鏡；
[0009]所述分束鏡為半透半反鏡，將所述探測光束分為反射光束和透射光束，其中，反射光束射向光電管，所述光電管與示波器連接；透射光束射向電荷耦合元件，所述電荷耦合元件與計算機連接。
[0010]作為本發(fā)明的一種改進，還包括狹縫和聚焦鏡，所述狹縫和聚焦鏡依次設(shè)置于所述分束鏡和電荷耦合元件之間。[0011 ] 進一步改進，所述光源為氦氖光光源。
[0012]進一步改進，所述靶為雙線懸掛擺。
[0013]本發(fā)明還提供一種激光等離子體產(chǎn)生的靶速度測量方法，所述方法包括:
[0014](1)將通過所述靶的探測光束采用分束鏡分為兩束；
[0015](2)其中一束光束通過光電管與示波器連接，用于記錄所述靶擺過探測光束的時間信號，用靶本身的直徑與所述時間值相比即求得m/s量級的靶速度；
[0016](3)另一束光束通過電荷耦合元件與計算機連接，用于記錄所述靶擺過探測光束的過程圖像，根據(jù)過程圖像顯示的時間和靶距離變化值，求得mm/s量級的靶速度。
[0017]進一步改進，所述探測光束為通過邁克爾遜干涉儀形成的多束相干光。
[0018]進一步改進，所述靶采用雙線懸掛擺結(jié)構(gòu)，所述靶的下方設(shè)有細絲，所述細絲隨靶擺動，且擺動時擺過所述探測光束。
[0019]進一步改進，所述射向電荷耦合元件的光束預先依次通過狹縫和聚焦鏡后再射向所述電荷耦合元件。
[0020]采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:
[0021]本發(fā)明的光源和邁克爾遜干涉儀用于向單擺發(fā)出沿水平方向傳播的多束相干光，該相干光通過擺動的細絲后射向分束鏡，由分束鏡將光束分為兩束:一束光經(jīng)狹縫、聚焦鏡和CCD后進入計算機形成過程圖像，根據(jù)圖像可以顯示細絲通過干涉條紋的距離，進而求得速度較小的靶速度；另一束光經(jīng)光電管后，輸入示波器顯示時間脈沖信號，根據(jù)靶的寬度，可以獲得速度較大的靶速度，所以本發(fā)明可同時滿足測量寬范圍的靶速度。與現(xiàn)有測量等離子體產(chǎn)生的靶速度裝置相比，本發(fā)明的測量裝置是操作簡單、數(shù)據(jù)圖像完備準確、測量精度高、測量范圍大的激光等離子體靶速度測量裝置。
【附圖說明】
[0022]上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0023]圖1為本發(fā)明激光等離子體靶速度測量裝置的示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明(XD記錄的光強分布圖；
[0025]圖3為本發(fā)明示波器記錄的時間信號圖，其中，(a) 18.75mm/s, (b) 15.48mm/s, (c) 10.74mm./s, (d) 5.36mm/s。
【具體實施方式】
[0026]參照附圖1所示，本發(fā)明一種激光等離子體產(chǎn)生的靶速度測量裝置，包括光源101、邁克爾遜干涉儀102、掛有靶104和細絲105的單擺、分束鏡106、光電管109、示波器108、狹縫110、聚焦鏡111、電荷耦合元件(CXD)112和計算機113。
[0027]光源101為氦氖光光源，用于發(fā)出連續(xù)的、光斑直徑很小的激光束，該激光束經(jīng)過邁克爾遜干涉儀102后形成多條干涉條紋的相干光，作為探測光束103，探測光束103經(jīng)過靶104下方的細絲105后射向分束鏡106。
[0028]分束鏡106為一種半透半反鏡，能將射向分束鏡106的探測光束103分為反射光束107和透射光束，其中，反射光束107射向光電管109，光電管109將光信號轉(zhuǎn)化為電信號后輸入示波器108，由示波器108記錄細絲擺過探測光束103的時間信號；透射光束經(jīng)過狹縫110射向聚焦鏡111，經(jīng)過聚焦后射向CCD，由CCD將接收到的探測光信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后傳入計算機113。該聚焦鏡111用于匯聚通過分束鏡106和狹縫110的探測光束；狹縫110用于使一部分的干涉條紋進入CCD ;CCD和計算機用