本发明公开的双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法，属于共焦显微成像、光谱探测及激光惯性约束核聚变技术领域。本发明将激光共焦技术与拉曼光谱探测技术结合，利用激光共焦技术对激光聚变靶丸的内、外表面进行精密层析定焦，利用拉曼光谱探测技术对靶丸壳层和界面进行光谱激发探测，并进一步通过正交回转驱动技术对靶丸进行三维回转驱动获得靶丸的内/外表面三维形态参数和壳层/界面性能分布参数等，实现核聚变靶丸形态性能参数综合测量。本发明可为激光惯性约束核聚变仿真实验研究、靶丸制备工艺研究和靶丸筛选提供数据基础和检测手段。本发明在激光惯性约束核聚变、高能物理和精密检测领域有广泛的应用前景。
1.双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法，其特征在于：实现双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量的装置包括：光源系统(1)、沿着光源出射方向放置的分光镜(3)，沿着分光镜(3)反射方向放置的二向色分光镜(21)，沿着二向色分光镜(21)反射方向依次放置的测量物镜(5)，位于分光镜(3)反射方向反方向的会聚镜(6)、横向相减共焦探测系统(7)，位于二向色分光镜(21)反射方向的反方向依次放置的光谱会聚镜(22)和光谱探测系统(23)，位于测量物镜(5)出射方向并且回转轴线与测量光轴同轴的正交驱动系统(14)，回转轴线与测量光轴垂直相交的回转驱动系统(15)，对测量物镜(5)进行轴向驱动的物镜驱动系统(4)，实现系统扫描和数据获取的测量控制系统(16)和对数据进行采集处理的主控计算机(36)；
利用激光双边错位差动共焦技术对聚变靶丸(13)壳层的内、外表面进行精密层析定焦，利用拉曼光谱探测技术对聚变靶丸(13)壳层和界面进行光谱激发探测，并进一步通过正交回转驱动技术对靶丸进行三维回转驱动获得聚变靶丸(13)的内、外表面三维形态参数和壳层、界面性能分布参数，实现聚变靶丸(13)形态性能参数综合测量，包括以下步骤：步骤一、光源系统(1)经过准直透镜(2)准直为平行光束，平行光束被分光镜(3)反射后被二向色分光镜(21)反射形成反射照明光束，反射照明光束由测量物镜(5)会聚为一点对聚变靶丸(13)进行照明，照明光被聚变靶丸(13)反射并激发产生拉曼光谱，携带聚变靶丸(13)信息的拉曼光谱和反射光束透过测量物镜(5)后形成测量光束，测量光束中拉曼光谱透过二向色分光镜(21)，经过光谱会聚镜(22)会聚后被光谱探测系统(23)接收；测量光束中反射光被二向色分光镜(21)反射，透过分光镜(3)后经会聚镜(6)进入横向相减共焦探测系统(7)；
步骤二、测量控制系统(16)控制物镜驱动系统(4)带动测量物镜(5)对聚变靶丸(13)进行轴向扫描，使测量光束的焦点与聚变靶丸(13)的外表面顶点位置重合；在外表面顶点位置附近扫描聚变靶丸(13)的外表面，将横向相减共焦探测系统(7)中大虚拟针孔探测域(11)探测的大虚拟针孔共焦特性曲线(18)IB(z)，和小虚拟针孔探测域(12)探测到的小虚拟针孔共焦特性曲线(19)IS(z)进行相减处理，得到半高宽压缩的锐化共焦特性曲线(20)I(z)＝IS(z)-γIB(z)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子；
步骤三、将锐化共焦特性曲线(20)沿横向坐标平移s得到平移锐化共焦特性曲线(27)，并使锐化共焦特性曲线(20)和平移锐化共焦特性曲线(27)的侧边交汇；对锐化共焦特性曲线(20)和平移锐化共焦特性曲线(27)分别进行同横坐标点插值处理后，再进行逐点相减处理得到错位相减差动共焦特性曲线(17)ID(z)＝I(z)-I(z,-uS)，利用差动共焦线性拟合直线(28)对错位相减差动共焦特性曲线(17)的线性段数据进行直线拟合，通过反向回移差动共焦线性拟合直线(28)S/2位置得到回移差动共焦拟合直线(30)，并利用回移差动共焦拟合直线(30)的移位拟合直线零点(31)来精确确定测量光束定焦与聚变靶丸(13)外表面顶点重合，进而确定聚变靶丸(13)外表面坐标点Zo；
步骤四、测量控制系统(16)控制物镜驱动系统(4)带动测量物镜(5)对聚变靶丸(13)进行轴向扫描，通过回移差动共焦拟合直线(30)的移位拟合直线零点(31)依次对聚变靶丸(13)进行层析定焦，使测量光束的焦点分别与聚变靶丸(13)的内表面顶点和球心位置重合，依次得到聚变靶丸(13)对应光轴方向的内表面坐标点Zi和球心轴向光学坐标Zc，即可得到聚变靶丸(13)对应光轴方向的外表面坐标点Zo,、内表面坐标点Zi以及球心轴向光学坐标Zc；
步骤五、对定焦测量得到的聚变靶丸(13)的外表面坐标点Zo和球心轴向光学坐标Zc进行相减即得到聚变靶丸(13)的外表面曲率半径Ro；
步骤六、当测量物镜(5)的焦点位于聚变靶丸(13)内、外表面或者两者之间的壳层内部时，使主控计算机(36)采集记录光谱探测系统(23)探测到的拉曼光谱λR；
步骤七、将聚变靶丸(13)的壳层材料折射率n和外表面曲率半径Ro代入如下公式，计算得到聚变靶丸(13)的壳层光轴方向的厚度t；
步骤八、利用聚变靶丸(13)的外表面坐标点Zo、内表面坐标点Zi以及球心轴向光学坐标Zc和厚度t能够计算得到聚变靶丸(13)的外表面坐标点Zo,、内表面坐标点Zi：步骤九、利用回转驱动系统(15)驱动聚变靶丸(13)进行水平回转一周，在聚变靶丸(13)水平圆周上逐点重复步骤一至步骤五，依次获得聚变靶丸(13)水平面圆周的外内表面坐标点集合(zo,zi)i和拉曼光谱λRi；
步骤十、利用正交驱动系统(14)驱动聚变靶丸(13)进行步进正交回转驱动，每驱动一步重复步骤一至步骤六，依次获得聚变靶丸(13)的外内表面三维物理坐标点集合{[(zo,zi)i]j}和拉曼光谱(λRi)j；
步骤十一、主控计算机(36)对三维物理坐标点集合{[(zo,zi)i]j}和拉曼光谱(λRi)j进行三维重构和解包裹计算即得内、外表面三维形态参数和壳层、界面性能分布参数，实现核聚变靶丸形态性能参数的综合测量。
2.根据权利要求1所述的双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法，其特征在于：通过横向相减共焦探测系统(7)得到锐化共焦特性曲线(20)的过程如下：a)在测量物镜(5)扫描过程中，通过CCD探测器(9)探测测量艾里斑(10)，以测量艾里斑(10)的重心为中心，在CCD探测器(9)每帧探测图像上优化选取一定大小的大虚拟针孔探测域(11)，将大虚拟针孔探测域(11)中每个像素上的强度进行积分，得出大虚拟针孔共焦特性曲线(18)；
b)同时以CCD探测器(9)探测的测量艾里斑(10)重心为中心，选择一个小虚拟针孔探测域(12)，所述小虚拟针孔探测域(12)的尺寸小于所述大虚拟针孔探测域(11)，积分小虚拟针孔探测域(12)的强度得到另一条小虚拟针孔共焦特性曲线(19)，小虚拟针孔共焦特性曲线(19)的半高宽和峰值强度均低于大虚拟针孔共焦特性曲线(18)；
c)将大虚拟针孔共焦特性曲线(18)乘以调节因子γ，使得大虚拟针孔共焦特性曲线(18)最大光强是小虚拟针孔共焦特性曲线(19)最大光强的1/2倍；
d)将小虚拟针孔共焦特性曲线(19)减去乘以调节因子γ后的大虚拟针孔共焦特性曲线(18)，得到锐化共焦特性曲线(20)。
3.根据权利要求1所述的双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法，其特征在于：所述光源系统(1)包括激光器(32)、位于激光器(32)出射方向的光源会聚镜(33)、位于光源会聚镜(33)焦点位置的光源针孔(34)。
4.根据权利要求3所述的双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法，其特征在于：横向相减共焦探测系统(7)包括显微物镜(8)，位于显微物镜(8)焦点处的CCD探测器(9)。
5.根据权利要求3所述的双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法，其特征在于：光谱探测系统(23)包括光谱针孔(25)和位于光谱针孔(25)后的光谱仪(24)。
双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法与装置
技术领域
[0001] 本发明属于共焦显微成像、激光惯性约束核聚变及精密光电测量技术领域,将激光双边错位差动共焦技术与拉曼光谱探测技术结合，涉及一种双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法与装置，在激光惯性约束核聚变、高能物理和精密检测领域有广泛的应用前景。
背景技术
[0002] 激光惯性约束核聚变(ICF)是人工模拟核爆和天体演化的重要手段，也是人类探索未来清洁能源的重要方向，因此具有十分重要科研和实用意义。激光惯性约束核聚变实验中，内部填充氘氚(DT)气体的空心激光聚变靶丸是其核心器件，多路激光同时对靶丸进行会聚向心压缩点火引发核爆，激光聚变靶丸的质量是决定激光聚变实验是否成功的关键。美国国家点火装置(NIF)进行的ICF试验失败的一个主要原因是点火过程中靶丸不对称压缩进而导致其中心压力和温度降低以及其内部氘氚(DT)燃料混合不均衡，靶丸壳层和表面的微小缺陷都有可能被放大产生不对称压缩进而导致点火失败。因此精确测量激光聚变靶丸的几何形貌和物理属性参数对于保证激光惯性约束核聚变实验的成功具有重要意义。
[0003] 目前国际上用于激光聚变靶丸几何形貌参数测量的方法主要采用各类显微镜进行观察，包括扫描电镜法、原子力显微镜法、X射线法、光纤点衍射法和干涉法等，上述方法测量分辨力已达纳米量级，但只能对靶丸外表面轮廓进行无损测量(目前测量内表面是通过破坏性切割后进行测量)，而对于靶丸的内轮廓、壳层厚度等内部几何参数无能为力；国际上用于靶丸物理属性参数测量的方法主要有X射线透射法、X射线色谱法、激光质谱法和显微辐照度法等，上述方法主要用于靶丸壳层外外表面或者整体属性参数测量，尚无法测量靶丸壳层内部参数，也无法对靶丸物理属性参数分布进行精确测量。
[0004] 随着激光惯性约束核聚变技术的发展和工程的推进，上述方法已经无法满足激光惯性约束核聚变技术研究对靶丸形态和性能参数测量的需求，主要存在如下问题：
[0005] 1)不能无损测量靶丸内部参数，现有方法需要对靶丸进行破坏性切割，测量后靶丸被破坏无法应用于下一步工艺处理或者打靶实验；
[0006] 2)综合测量能力不足，每种仪器仅能测量一、两种参数，靶丸综合参数测量需在不同仪器上反复装调，效率低下且量值基准不统一；
[0007] 3)几何形态和物理属性参数测量过程分离，不能全面揭示靶丸制备和核聚变反应过程中发生的结构变化现象和规律；
[0008] 而激光惯性约束核聚变研究中，靶丸的参数是对核聚变过程进行模拟仿真和对靶丸制备工艺进行提升的基础，因此如何对靶丸形态和性能参数进行高精度、无损的综合测量是激光惯性约束核聚变国家重大工程中的关键技术问题。
[0009] 激光双边错位差动共焦技术具有独特的光学层析成像特性，可实现靶丸的壳层内外表面的高精度层析定焦测量，为靶丸形态和性能参数的高精度无损测量提供了思路。
[0010] 拉曼光谱技术通过测量样品散射光谱可获取样品的分子结构和化学键信息，进而解耦表征得到靶丸壳层的组分、掺杂浓度和应力等属性信息，利用激光共焦技术和拉曼光谱融合技术结合可实现靶丸形态性能综合信息探测。
发明内容
[0011] 本发明的目的是为了解决激光惯性约束核聚变靶丸形态和性能参数高精度综合测量难题，提供一种激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，以期实现靶丸的内/外表面三维形态参数和壳层/界面性能分布参数等，实现核聚变靶丸形态性能参数综合测量。
[0012] 本发明能够为激光聚变靶丸参数的综合检测提供有效技术手段，对于靶丸制备、激光核聚变实验仿真、数据分析和技术革新具有重要意义。
[0013] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0014] 本发明的激光共焦核聚变靶丸形态性能参数综合测量方法，利用激光双边错位差动共焦技术对聚变靶丸壳层的内、外表面进行精密层析定焦，利用拉曼光谱探测技术对聚变靶丸壳层和界面进行光谱激发探测，并进一步通过正交回转驱动技术对靶丸进行三维回转驱动获得聚变靶丸的内、外表面三维形态参数和壳层、界面性能分布参数，实现聚变靶丸形态性能参数综合测量。
[0015] 步骤一、光源系统经过准直透镜准直为平行光束，平行光束被分光镜反射后再次被二向色分光镜反射形成反射照明光束，反射照明光束由测量物镜会聚为一点对聚变靶丸进行照明，照明光被聚变靶丸反射并激发产生拉曼光谱，携带聚变靶丸信息的拉曼光谱和反射光束透过测量物镜后形成测量光束，测量光束中拉曼光谱透过二向色分光镜，经过光谱会聚镜会聚后被光谱探测系统接收；测量光束中反射光被二向色分光镜反射，透过分光镜后经会聚镜进入横向相减共焦探测系统；
[0016] 步骤二、测量控制系统控制物镜驱动系统带动测量物镜对聚变靶丸进行轴向扫描，使测量光束的焦点与聚变靶丸的外表面顶点位置重合；在外表面顶点位置附近扫描聚变靶丸的外表面，将横向相减共焦探测系统中大虚拟针孔探测域探测的大虚拟针孔共焦特性曲线IB(z)，和小虚拟针孔探测域探测到的小虚拟针孔共焦特性曲线IS(z)进行相减处理，得到半高宽压缩的锐化共焦特性曲线I(z)＝IS(z)-γIB(z)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子；
[0017] 步骤三、将锐化共焦特性曲线沿横向坐标平移S得到平移锐化共焦特性曲线，并使锐化共焦特性曲线和平移锐化共焦特性曲线的侧边交汇；对锐化共焦特性曲线和平移锐化共焦特性曲线分别进行同横坐标点插值处理后，再进行逐点相减处理得到错位相减差动共焦特性曲线ID(z)＝I(z)-I(z,-S)，利用差动共焦线性拟合直线对错位相减差动共焦特性曲线的线性段数据进行直线拟合，通过反向回移差动共焦线性拟合直线S/2位置得到回移差动共焦拟合直线，并利用回移差动共焦拟合直线的移位拟合直线零点来精确确定测量光束定焦与聚变靶丸外表面顶点重合，进而确定聚变靶丸外表面坐标点Zo；
[0018] 步骤四、测量控制系统控制物镜驱动系统带动测量物镜对聚变靶丸进行轴向扫描，通过回移差动共焦拟合直线的移位拟合直线零点依次对聚变靶丸的进行层析定焦，使测量光束的焦点分别与聚变靶丸的内表面顶点和球心位置重合，依次得到聚变靶丸对应光轴方向的内表面坐标点和球心轴向光学坐标Zi和Zc，即可得到聚变靶丸对应光轴方向的外、内表面坐标点以及球心轴向光学坐标Zo,Zi和Zc；
[0019] 步骤五、对定焦测量得到的聚变靶丸的外表面坐标点和球心轴向光学坐标Zo和Zc进行相减即得到聚变靶丸的外表面曲率半径Ro；
[0020] 步骤六、当测量物镜的焦点位于聚变靶丸内、外表面或者两者之间的壳层内部时，使主控计算机采集记录光谱探测系统对探测到的拉曼光谱λR；
[0021] 步骤七、将聚变靶丸的壳层材料折射率n和外表面曲率半径Ro带入如下公式，计算得到聚变靶丸的壳层光轴方向的厚度t；
[0022]
[0023] 其中NA为测量物镜的数值孔径；
[0024] 步骤八、利用聚变靶丸的外、内表面坐标点以及球心轴向光学坐标Zo,Zi和Zc和厚度t可以计算得到聚变靶丸的内、外表面坐标点Zi和Zo：
[0025]
[0026] 步骤九、利用回转驱动系统驱动聚变靶丸进行水平回转一周，在聚变靶丸水平圆周上的各个点位置重复步骤一致步骤五，依次获得聚变靶丸水平面圆周的外内表面坐标点集合(zo,zi)i和拉曼光谱λRi；
[0027] 步骤十、利用正交回转系统驱动聚变靶丸进行步进正交回转驱动，每驱动一步重复步骤一致步骤六，依次获得聚变靶丸的外内表面三维物理坐标点集合{[(zo,zi)i]j}和拉曼光谱(λRi)j；
[0028] 步骤十一、主控计算机对三维物理坐标点集合{[(zo,zi)i]j}和拉曼光谱(λRi)j进行三维重构和解包裹计算即得内、外表面三维形态参数和壳层、界面性能分布参数，实现核聚变靶丸形态性能参数的综合测量。
[0029] 本发明公开的双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量方法，通过横向相减共焦探测系统得到锐化共焦特性曲线的过程如下：
[0030] a)在测量物镜扫描过程中，通过CCD探测器探测测量艾里斑，以测量艾里斑的重心为中心，在CCD探测器每帧探测图像上优化选取一定大小的大虚拟针孔探测域，将大虚拟针孔探测域中每个像素上的强度进行积分，得出大虚拟针孔共焦特性曲线；
[0031] b)同时以CCD探测器探测的测量艾里斑重心为中心，选择一个小虚拟针孔探测域，所述小虚拟针孔探测域的尺寸小于所述大虚拟针孔探测域，积分小虚拟针孔探测域的强度得到另一条小虚拟针孔共焦特性曲线，小虚拟针孔共焦特性曲线的半高宽和峰值强度均低于大虚拟针孔共焦特性曲线；
[0032] c)将大虚拟针孔共焦特性曲线乘以调节因子γ，使得大虚拟针孔共焦特性曲线最大光强是小虚拟针孔共焦特性曲线最大光强的1/2倍；
[0033] d)将小虚拟针孔共焦特性曲线减去乘以调节因子γ后的大虚拟针孔共焦特性曲线，得到锐化共焦特性曲线。
[0034] 本发明公开的双边错位差动共焦聚变靶丸形态性能参数测量包括光源系统、沿着光源出射方向放置的分光镜，沿着分光镜反射方向放置的二向色分光镜，沿着二向色分光镜反射方向依次放置的测量物镜，位于分光镜反射方向反方向的共焦探测系统，位于二向色分光镜反射方向反方向依次放置的光谱会聚镜和光谱探测系统，位于测量物镜出射方向并且回转轴线与测量光轴同轴的正交驱动系统，回转轴线与测量光轴垂直相交的回转驱动系统，对测量物镜进行轴向驱动的物镜驱动系统，实现系统扫描和数据获取的测量控制系统和数据进行采集处理的主控计算机。
[0035] 光源系统包括激光器、位于激光器出射方向的光源会聚镜、位于光源会聚镜焦点位置的光源针孔。
[0036] 横向相减共焦探测系统包括显微物镜，位于显微物镜焦点处的CCD探测器。
[0037] 光谱探测系统包括光谱针孔和位于光谱针孔后的光谱仪。
[0038] 有益效果：
[0039] 1、本发明公开的激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，通过利用锐化共焦响应特性曲线的双边错位差动相减处理获得绝对零点与测量物镜的焦点精确对应这一特性，对被测聚变靶丸内表面实现精确层析定焦，能够解决靶丸内表面目前难以无损测量的难题。
[0040] 2、本发明公开的激光共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，利用激光双边错位差动共焦定焦技术对聚变靶丸内、外表面和球心等特征位置进行精密定位，能够实现聚变靶丸内、外曲率半径、壳层厚度等几何参数综合测量。
[0041] 3、本发明公开的激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，通过处理，可以有效抑制靶丸表面属性差异和系统光源功率飘移的影响；
[0042] 4、本发明公开的激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，利用激光双边错位差动共焦定焦技术和三维回转扫描技术结合，可对聚变靶丸内外表面轮廓进行扫描，同时获得聚变靶丸内、外三维轮廓和壳层分布等综合信息。
[0043] 5、本发明公开的激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，结合拉曼光谱的探测，获得激光聚变靶丸不同界面、壳层位置的拉曼光谱，并通过解耦表征得到聚变靶丸的组分、浓度等性能信息。
[0044] 6、本发明公开的激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，通过多种技术的有机融合，能够实现对聚变靶丸在一台仪器上通过一次装调测量得到多个参数，显著提高了测量的精度和效率。
[0045] 7、本发明公开的激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态和性能参数综合测量方法与装置，通过同一台仪器、采用同一原理对聚变靶丸不同参数进行测量，测量基准统一、测量精度匹配，能够为聚变靶丸的参数换算和表征提供基础。
附图说明
[0046] 图1为本发明激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态性能参数综合测量方法示意图；
[0047] 图2为本发明大小虚拟针孔共焦特性曲线横向相减锐化示意图；
[0048] 图3为本发明锐化共焦特性曲线双边错位差动相减示意图；
[0049] 图4为本发明双边错位差动共焦曲线线性拟合触发定焦示意图；
[0050] 图5为实施例激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态性能参数综合测量方法示意图；
[0051] 图6为实施例激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态性能参数综合测量装置示意图；
[0052] 图7为激光聚变靶丸壳层拉曼光谱曲线；
[0053] 其中：1-光源系统、2-准直透镜、3-分光镜、4-物镜驱动系统、5-测量物镜、6-会聚镜、7-横向相减共焦探测系统、8-显微物镜、9-CCD探测器、10-测量艾里斑、11-大虚拟针孔探测域、12-小虚拟针孔探测域、13-聚变靶丸、14-正交驱动系统、15-回转驱动系统、16-测量控制系统、17-错位相减差动共焦特性曲线、18-大虚拟针孔共焦特性曲线、19-小虚拟针孔共焦特性曲线、20-锐化共焦特性曲线、21-二向色分光镜、22-光谱会聚镜、23-光谱探测系统、24-光谱仪、25-光谱针孔、26-光谱曲线、27-平移锐化共焦特性曲线、28-差动共焦线性拟合直线、29-拟合直线零点、30-回移差动共焦拟合直线、31-移位拟合直线零点、32-激光器、33-光源会聚镜、34-光源针孔、35-图像采集系统、36-主控计算机。
具体实施方式
[0054] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0055] 实施例1
[0056] 如图1所示，激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态性能参数综合测量方法中，光源系统1选用点光源，点光源出射的发散光束经过准直透镜2准直为平行光束，平行光束被分光镜3反射后再次被二向色分光镜21反射形成反射照明光束，反射照明光束由测量物镜5会聚为一点对聚变靶丸13进行照明，照明光被聚变靶丸13反射并激发产生拉曼光谱，携带聚变靶丸13信息的拉曼光谱和反射光束透过测量物镜5后形成测量光束，测量光束中拉曼光谱透过二向色分光镜21，经过光谱会聚镜22会聚后被光谱探测系统23接收；测量光束中反射光被二向色分光镜21反射，透过分光镜3后进入横向相减共焦探测系统7，在横向相减共焦探测系统7中光束经过会聚镜6会聚，并被位于会聚镜6后的CCD探测器9接收。
[0057] 1)测量步骤如下：
[0058] 主控计算机36通过测量控制系统16控制物镜驱动系统4带动测量物镜5对聚变靶丸13进行轴向扫描，使测量光束的焦点与聚变靶丸13的外表面顶点位置重合；在外表面顶点位置附近扫描聚变靶丸13的外表面，将横向相减共焦探测系统7中大虚拟针孔探测域11探测的大虚拟针孔共焦特性曲线18IB(z)，和小虚拟针孔探测域12探测到的小虚拟针孔共焦特性曲线19IS(z)进行相减处理，得到半高宽压缩的锐化共焦特性曲线20I(z)＝IS(z)-γIB(z)，其中z为轴向坐标，γ为调节因子；
[0059] 如图2所示，通过横向相减共焦探测系统7得到锐化共焦特性曲线20的过程如下：
[0060] a)在测量物镜5扫描过程中，通过CCD探测器9探测测量艾里斑10，以测量艾里斑10的重心为中心，在CCD探测器9每帧探测图像上优化选取一定大小的大虚拟针孔探测域11，将大虚拟针孔探测域11中每个像素上的强度进行积分，得出大虚拟针孔共焦特性曲线18；
[0061] b)同时以CCD探测器9探测的测量艾里斑10重心为中心，选择一个小虚拟针孔探测域12，其尺寸小于大虚拟针孔探测域11，积分小虚拟针孔探测域12的强度得到另一条小虚拟针孔共焦特性曲线19，小虚拟针孔共焦特性曲线19的半高宽和峰值强度均低于大虚拟针孔共焦特性曲线18；
[0062] c)将大虚拟针孔共焦特性曲线18乘以调节因子γ，使得大虚拟针孔共焦特性曲线18最大光强是小虚拟针孔共焦特性曲线19最大光强的1/2倍；
[0063] d)将小虚拟针孔共焦特性曲线19减去乘以调节因子γ后的大虚拟针孔共焦特性曲线18，得到锐化共焦特性曲线20。
[0064] 本实施例中大虚拟针孔探测域直径选取11个像素，小虚拟针孔探测域直径选取5个像素，取γ＝0.5。
[0065] 2)如图3所示，将锐化共焦特性曲线20沿横向坐标平移S得到平移锐化共焦特性曲线27，并使锐化共焦特性曲线20和平移锐化共焦特性曲线27的侧边交汇；对锐化共焦特性曲线20和平移锐化共焦特性曲线27分别进行同横坐标点插值处理后，再进行逐点相减处理得到错位相减差动共焦特性曲线17ID(z)＝I(z)-I(z,-S)，利用差动共焦线性拟合直线28对错位相减差动共焦特性曲线17的线性段数据进行直线拟合，通过反向回移差动共焦线性拟合直线28S/2位置得到回移差动共焦拟合直线30；并利用回移差动共焦拟合直线30的移位拟合直线零点31来精确确定测量光束定焦与聚变靶丸13外表面顶点重合，进而确定聚变靶丸13外表面顶点位置Zo；
[0066] 3)测量控制系统16控制物镜驱动系统4带动测量物镜5对聚变靶丸13进行轴向扫描，使测量光束的焦点分别与聚变靶丸13的内表面顶点和球心位置重合，重复步骤2，依次得到聚变靶丸13对应光轴方向的内表面坐标点和球心轴向光学坐标Zi和Zc，即可得到聚变靶丸13对应光轴方向的外、内表面坐标点以及球心轴向光学坐标Zo,Zi和Zc；
[0067] 4)对定焦测量得到的聚变靶丸13的外表面坐标点和球心位置坐标点Zo和Zc进行相减即得到聚变靶丸13的外表面曲率半径Ro；
[0068] 5)将聚变靶丸13的壳层材料折射率n和外表面曲率半径Ro带入如下公式，计算得到聚变靶丸13的壳层光轴方向的厚度t；
[0069]
[0070] 其中NA为测量物镜5的数值孔径。
[0071] 利用聚变靶丸13的外、内表面坐标点以及球心光学坐标Zo,Zi和Zc和厚度t可以计算得到聚变靶丸13的内、外表面坐标点zi和zo：
[0072]
[0073] 6)当测量物镜5的焦点位于聚变靶丸13内、外表面或者两者之间的壳层内部时，使主控计算机36采集记录光谱探测系统23对探测到的拉曼光谱λR.，测量结果如图6所示；
[0074] 利用回转驱动系统15驱动聚变靶丸13进行水平回转一周，在靶丸水平圆周上的各个点位置重复上述采集步骤，依次获得聚变靶丸13水平面圆周的外内表面坐标点集合(zo,zi)i和拉曼光谱λRi；
[0075] 7)利用正交回转系统14驱动聚变靶丸13进行步进正交回转驱动，每驱动一步重复上述采集步骤，依次获得聚变靶丸13的内外表面三维物理坐标点集合{[(zo,zi)i]j}和拉曼光谱(λRi)j；
[0076] 8)主控计算机36对三维物理坐标点集合{[(zo,zi)i]j}和拉曼光谱(λRi)j进行三维重构和解包裹计算即得内、外表面三维形态参数和壳层/界面性能分布参数，实现核聚变靶丸形态性能参数的综合测量。
[0077] 实施例2
[0078] 如图5所示，光源系统1由激光器32、位于激光器32出射方向的光源会聚镜33、位于光源会聚镜33焦点位置的光源针孔34组成。
[0079] 测量过程与实施例1相同。
[0080] 实施例3
[0081] 如图6所示，激光双边错位差动共焦核聚变靶丸形态性能参数综合测量装置中，包括光源系统1、沿着光源出射方向放置的分光镜3，沿着分光镜3反射方向放置的二向色分光镜21，沿着二向色分光镜21反射方向依次放置的测量物镜5，位于分光镜3反射方向反方向的共焦探测系统7，位于二向色分光镜21反射方向反方向依次放置的光谱会聚镜22和光谱探测系统23，位于测量物镜5出射方向并且回转轴线与测量光轴同轴的正交驱动系统14，回转轴线与测量光轴垂直相交的回转驱动系统15，对测量物镜5进行轴向驱动的物镜驱动系统4和数据进行采集处理的计算机36；光源系统1由激光器32、位于激光器32出射方向的光源会聚镜33、位于光源会聚镜33焦点位置的光源针孔34组成；横向相减共焦探测系统7包括会聚镜6，位于会聚镜6焦点处的CCD探测器9。
[0082] 光源系统1由激光器32、位于激光器32出射方向的光源会聚镜33、位于光源会聚镜33焦点位置的光源针孔34组成。沿着光源出射方向依次放置准直透镜2、分光镜3，沿分光镜
3反射方向依次放置的二向色分光镜21，沿二向色分光镜21反射方向放置的物镜驱动系统
4、测量物镜5，沿分光镜3反射反方向依次放置会聚镜6、横向相减共焦探测系统7，沿二向色分光镜21反射方向的反方向依次放置光谱会聚镜22和光谱探测系统23，正交驱动系统14位于测量物镜5出射方向并且回转轴线与测量光轴同轴，回转驱动系统15的回转轴线与测量光轴垂直相交，利用物镜驱动系统4对测量物镜5进行轴向驱动，利用主控计算机36中的测量软件，通过图像采集系统35获得由CCD探测器9采集到的测量艾里斑10，并通过测量控制系统16实现系统的扫描、回转运动。
[0083] 测量过程与实施例1相同。
[0084] 以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围。本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
