近背向散射与全口径背向散射测量系统的研制

论文摘要

激光散射降低激光能量与靶的耦合效率,是激光聚变研究中非常关注的问题,测量的意义重大。通过对散射光的能量测量和光谱分析,可以得到散射光的能量份额分布及光谱信息。针对目前国内大型激光装置还未安装有对背向散射测量的装置,本文研制了一套近背向散射与全口径背向散射测量系统,实现对于激光背向与近背向散射的能量分布及光谱信息的测量。根据ICF实验对散射光测量的设计要求,结合散射光测量原理提出了针对近背向散射与全口径背向散射测量的设计方案,分析了设计中的关键技术问题,并进行了具体的光路和结构设计,同时综合利用三维建模和有限元分析软件相结合的方法进行优化设计与力学分析,最后进行了近背向散射测量装置的调试和相应的近背向散射光测量。本文的主要研究内容及创新点如下:①研究了激光散射测量的理论和测量方法,介绍了国内外对于散射测量的现状。②在分析了近背向散射与全口径背向散射测量系统的设计需求的基础上,提出了近背向散射与全口径背向散射测量系统的总体设计方案。③根据实验需求及总体方案需要,结合结构最简单原则、变形小的原则、传动机构运动链最短原则和极限设计原则,完成了近背向散射与全口径散射测量的具体结构设计与光路系统设计,实现近背向散射测量装置和全口径背向散射测量装置中各个镜架的五维支撑调整。④综合运用三维软件Pro/engineer和有限元分析软件ANSYS对近背向散射与全口径散射测量系统进行结构建模与力学分析,分析其固有的机械性能。通过建立关键部分的结构模型,进行了相关的静力学、动力学方面的有限元分析,得到了系统在重力作用下的静变形结果及前十阶固有振动频率结果,为优化整体结构的设计提供了参数依据,并对动态特性进行分析,提出改进动态特性的措施。⑤在大型激光原型装置上进行了安装调试,并进行了相关的测试工作。结果表明,近背向散射测量机构达到了设计要求,实现了收光盘的精确瞄准定位,散射光能量测量结果与理论结果基本相符。通过在靶室内进行安装调试和实验,结果表明近背向散射与全口径散射测量系统的设计方案是可行的,基本达到物理实验要求,有利地促进激光背向散射的研究。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 论文相关领域发展与研究现状
• 1.2.1 国内外ICF 研究
• 1.2.2 精密机械技术
• 1.2.3 CAD、CAE 技术
• 1.3 论文研究的目的及意义
• 1.4 本论文的主要任务
• 2 散射光测量
• 2.1 激光散射
• 2.2 散射机制
• 2.3 散射测量
• 2.4 国内外背向散射光测量现状
• 2.5 本章小结
• 3 近背向散射与全口径背向散射测量系统总体方案设计
• 3.1 需求牵引
• 3.2 技术路线
• 3.3 近背向散射与全口径背向散射测量系统设计指标
• 3.4 近背向散射与全口径背向散射测量系统设计方案
• 3.4.1 近背向散射测量装置几何中心
• 3.4.2 近背向散射测量装置空间坐标系的建立
• 3.4.3 近背向散射测量装置光路系统方案
• 3.4.4 近背向散射测量装置五维支撑调整机构设计方案
• 3.4.5 全口径背向散射测量装置设计方案
• 3.5 本章小结
• 4 近背向散射与全口径背向散测量系统工程设计
• 4.1 设计要求
• 4.2 近背向散射测量装置光路与结构设计
• 4.2.1 近背向散射测量装置光路系统
• 4.2.2 近背向散射测量装置支撑调整机构结构设计
• 4.2.3 近背向散射测量装置五维调整精度
• 4.3 全口径背向散射测量装置结构设计
• 4.3.1 全口径背向散射测量装置上光路结构设计
• 4.3.2 全口径背向散射测量装置下光路结构设计
• 4.4 本章小结
• 5 近背向散射与全口径背向散测量系统结构性能分析
• 5.1 近背向散射与全口径背向散射测量系统静力学分析
• 5.1.1 有限元静力学分析方法
• 5.1.2 近背向散射与全口径背向散射测量系统ANSYS有限元静力学分析
• 5.2 近背向散射与全口径背向散射测量系统模态分析
• 5.2.1 模态分析概述
• 5.2.2 近背向散射与全口径背向散射测量系统振动基本方程
• 5.2.3 ANSYS 模态分析
• 5.2.4 近背向散射与全口径背向散射测量系统模态分析计算
• 5.3 本章小结
• 6 近背向散射光测量装置调试与实验
• 6.1 （调试）实验目的及主要内容
• 6.2 近背向散射测量装置的安装调试
• 6.3 近背向散射光能量测量
• 6.4 实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论与研究展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录