【摘要】：慣性約束聚變(ICF)實驗中終端光學(xué)組件位于高功率激光裝置的輸出末端,里面集成了多塊價格昂貴的大口徑光學(xué)元件。在高功率紫外激光照射下,元件表面極易產(chǎn)生激光損傷,如果不能有效地控制損傷發(fā)展,就會嚴(yán)重影響光學(xué)元件使用壽命,不僅會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,而且嚴(yán)重影響ICF裝置的運行效率。研究發(fā)現(xiàn),具有初始小尺寸損傷的光學(xué)元件能夠進(jìn)行有效的修復(fù),修復(fù)后的光學(xué)元件不影響使用質(zhì)量;而隨著損傷尺寸的增大,修復(fù)難度也會明顯加大,甚至無法修復(fù),導(dǎo)致光學(xué)元件報廢。因此需要對終端光學(xué)元件的損傷狀況進(jìn)行快速、高精度地檢測,以便采取相應(yīng)的修復(fù)措施,對ICF裝置的健康運行,有著重要的意義。終端光學(xué)元件損傷在線檢測的主要難點是:(1)在損傷形成的初級階段,其尺寸很小,信號特征微弱,難以探測;(2)由于雜散光等因素的影響,產(chǎn)生較多干擾信號即偽損傷,影響對損傷的檢測與評估;(3)光學(xué)元件的入光面損傷與出光面損傷由于其發(fā)展規(guī)律不同而需要區(qū)分,但低分辨率、弱特征成像條件下?lián)p傷位于入光面還是出光面較難區(qū)分;(4)在對大口徑光學(xué)元件成像時,損傷成像較小,甚至是亞像素級的,其尺寸的精確測量較為困難。本課題針對上述問題,開展基于機(jī)器學(xué)習(xí)的終端光學(xué)元件損傷高精度、快速在線檢測技術(shù)研究,主要工作如下:(1)針對大視場范圍內(nèi)微小損傷高信噪比成像技術(shù)難點,研制了損傷在線檢測的變焦成像系統(tǒng)。實現(xiàn)了在靶室中心對各個方位的終端光學(xué)組件損傷圖像的快速采集。針對照明不均勻問題,提出了基于腔式內(nèi)全反射側(cè)出光勻化暗場照明方法,基于蒙特卡洛光線追跡法優(yōu)化光源參數(shù),提升了在線檢測系統(tǒng)照明的均勻性。針對損傷分類問題,通過對在線檢測系統(tǒng)的仿真與實驗驗證了低分辨率、弱特征成像理論上具有可分性。(2)針對低分辨率、弱特征成像條件下真損傷與偽損傷十分類似、難以識別的問題,提出了基于多特征構(gòu)建向量和核函數(shù)超限學(xué)習(xí)機(jī)的真?zhèn)螕p傷分類方法。采用蒙特卡洛光線追跡法分析了偽損傷的成因。使用多個弱特征構(gòu)建成特征向量以表征待識別分類的真?zhèn)螕p傷,采用基于核函數(shù)超限學(xué)習(xí)機(jī)實現(xiàn)了真?zhèn)螕p傷的自動分類。相比現(xiàn)有算法只能識別單一類型偽損傷這一局限性,本方法將所有偽損傷歸為一類,真實損傷歸為另一類,分類更加便捷。(3)針對低分辨率、弱特征成像條件下入光面損傷與出光面損傷十分類似、難以識別的問題,提出了基于自編碼器超限學(xué)習(xí)機(jī)的入光面、出光面損傷分類方法。通過設(shè)計編碼層來充分發(fā)掘利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的信息,避免了單隱層神經(jīng)元數(shù)量的過度增大問題。實現(xiàn)了小樣本數(shù)據(jù)情況下的入光面出光面損傷的分類。與現(xiàn)有的分類方法相比,速度和精度都得到了提高。(4)針對非均勻照明情況下?lián)p傷尺寸測量精度低的問題,提出了基于多特征層次型核函數(shù)超限學(xué)習(xí)機(jī)的損傷尺寸測量方法。在非均勻照明條件下,通過光學(xué)理論分析很難建立起求解損傷尺寸的解析式的物理模型,現(xiàn)有的輻射標(biāo)定技術(shù)測量損傷尺寸精度較低。多特征層次型核函數(shù)超限學(xué)習(xí)機(jī)將圖像中損傷點的多個特征作為輸入,通過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立起多輸入到單輸出的回歸模型。使用該回歸模型去逼近損傷圖像到損傷尺寸這一未知的目標(biāo)函數(shù),在檢測系統(tǒng)分辨率只有125μm~140μm的情況下,實現(xiàn)了50μm以上損傷的超分辨測量。
【圖文】：

- 1 -圖 1-1 ICF 間接驅(qū)動點火示意圖[8]Fig. 1-1 Schematic of indirect driven ignition in ICF experiment[8]

圖 1-2 NIF 的 ICF 實驗裝置原理圖[14]Fig. 1-2 The schematic diagram of the ICF experimental facility of NIF[14]鑒于聚變能源的諸多優(yōu)勢，目前世界上著名的 ICF 實驗裝置有美國利家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL)承擔(dān)的國家(National Ignition Facility, NIF)[16]，法國的兆焦耳激光裝置(Laser Méga
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TL632.1;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 馮博;陳鳳東;張建隆;孫和義;彭志濤;劉國棟;;基于圖像拼接的慣性約束聚變終端光學(xué)元件在線檢測[J];光學(xué)精密工程;2014年03期

2 鄭萬國;鄧穎;周維;趙軍普;趙潤昌;袁曉東;陳波;黃小軍;曾小明;王建軍;趙磊;胡東霞;鄭奎興;粟敬欽;朱啟華;景峰;魏曉峰;;激光聚變研究中心激光技術(shù)研究進(jìn)展[J];強(qiáng)激光與粒子束;2013年12期

3 朱明智;王美聰;陳曉娟;吳文凱;陳剛;;慣性約束聚變裝置總體布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計[J];光學(xué)精密工程;2013年03期

4 王淦昌;;慣性約束核聚變研究的進(jìn)展[J];核科學(xué)與工程;1984年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 馮博;慣性約束聚變終端光學(xué)元件損傷在線檢測技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

2 彭志濤;強(qiáng)激光復(fù)雜光機(jī)組件光學(xué)元件激光損傷在線檢測技術(shù)研究[D];中國工程物理研究院;2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張立斌;大口徑光學(xué)元件損傷高信噪比檢測技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 呂旭冬;基于機(jī)器學(xué)習(xí)的終端光學(xué)元件損傷識別及分類研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

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本文編號：2684525