为了精密检测靶丸壳层折射率参数, 基于白光垂直扫描干涉和白光反射光谱的基本原理, 建立了二者联用的靶丸壳层折射率测量方法。数据处理利用曲线拟合测定极值点波长、并由干涉级次连续性判定干涉级次, 解决了白光反射光谱波峰位置难以精确确定和单极值点判读可能存在干涉级次误差等难题。对玻璃靶丸折射率进行了测量、实验验证和不确定度分析, 研究结果表明, 白光干涉技术能够实现靶丸壳层折射率的精确测量, 其测量不确定度约为 0.86%。

靶丸内表面轮廓是激光核聚变靶丸的关键参数，需要精密检测。本文首先分析了基于白光共焦光谱和精密气浮轴系的靶丸内表面轮廓测量基本原理，建立了靶丸内表面轮廓的白光共焦光谱测量方法。此外，搭建了靶丸内表面轮廓测量实验装置，建立了基于靶丸光学图像的辅助调心方法，实现了靶丸内表面轮廓的精密测量，获得了准确的靶丸内表面轮廓曲线；最后，对测量结果的可靠性进行了实验验证和不确定度分析，结果表明，白光共焦光谱能实现靶丸内表面低阶轮廓的精密测量，其测量不确定度优于0.1 μm。

为了精密检测靶丸X射线光学厚度均匀性, 建立了基于精密轴系和光纤阵列探测的靶丸X射线光学厚度检测装置, 开展了光学厚度轮廓仪光路精密调校技术的研究, 应用白光共焦光谱技术和光学显微成像技术, 解决了气浮转台精密调整、X射线光路对中的难题, 实现了对塑料靶丸壳层缺陷、表面质量、壁厚均匀性、壳层材料成分均匀性等多种耦合扰动综合效应的表征。对系统的稳定性进行了测试, 实验结果表明, 该系统的测量重复性偏差可基本控制在0.01%以内, 空间分辨率约为100 μm, 满足ICF靶物理研究对靶丸X射线光学厚度扰动的高精度检测需求。

激光惯性约束聚变的核心思想是利用球形内爆技术对聚变燃料进行增压，使热核燃料达到高温、高密度的等离子体状态，进而实现聚变点火。基于对称压缩、流体界面不稳定性和实验诊断的考虑，ICF实验对作为热核燃料容器的空心微球的品质在球形度、壁厚均匀性、表面粗糙度以及掺杂水平等方面提出了严格的要求。为满足这些要求，陆续发展了乳液微封装技术、降解芯轴技术、低压等离子体聚合/掺杂技术、干凝胶玻璃微球制备技术等用于多层塑料微球和空心玻璃微球的研制。另一方面，针对ICF靶丸量小、质轻以及表面要求高的特点，发展了相应的非破坏性靶丸参数表征技术，如X光照相技术、4π形貌表征技术、微球掺杂水平测量技术以及微球内燃料负载水平快速测试技术。基于这些制备与表征技术，初步实现了多层塑料微球、玻璃微球、聚-α-甲基苯乙烯芯轴微球、梯度掺杂CH微球的研制，满足了“神光Ⅱ”、“神光Ⅲ原型”及“神光Ⅲ主机”上开展的一系列内爆物理实验的要求，同时为未来点火物理实验用靶丸的研制提供了技术支撑。

作为柱腔填充材料，泡沫材料在装配后的形变特征是重要参数，需要精确表征。光学干涉技术可以获得样品表面以下1~2 mm深度内的层析结构图像，进而获得相关形变特征信息。利用光学干涉技术开展了对柱腔内泡沫质量的表征研究。搭建了一套基于低相干光源的光纤干涉系统，得到了装配后泡沫的二维和三维内部结构图像，空间测量分辨率好于10 μm。通过泡沫图像检测出萃取后存在表面或内部形变的泡沫样品，为装配后泡沫质量的表征提供了依据。

为研究航天领域特种材料高温区域的光谱辐射特性, 建立了基于傅里叶光谱仪的超高温光谱发射率测量系统。 系统线性度是发射率测量精度的保证, 通过测量多温度点黑体辐射的光谱信号, 采用多温度点线性拟合方法求得每个光谱点的光谱信号值与黑体光谱辐射亮度的函数关系式, 并结合仪器线性度测量理论, 建立了光谱发射率测量系统的线性度测量方法。 实验测量了黑体温度范围1 000~2 000 ℃和光谱范围3~20 μm的光谱辐射信号, 求得波长λ=4 μm的理论直线与测量光谱值的线性关系。 实验表明, 仪器在4~18 μm光谱范围响应较好, 除CO2强吸收光谱区域, 仪器的光谱线性度均优于1%。 当测量系统线性度一定时, 温度越高, 光谱误差对发射率的影响越小。 评定光谱发射率测量系统的线性度有利于剔除个别温度点光谱扰动带来的误差。

针对材料发射率数据日益增长的需求, 建立了超高温傅里叶变换(FT)光谱发射率测量系统.为校准材料光谱发射率的测量结果, 建立了包含辐射传交换、固体热传导、辐射测温在内的发射率校准模型. 通过校准模型定量分析了试样辐射热损、厚度、热导率等因素引起的发射率测量误差.结果表明, 这些因素均导致试样测量温度偏高, 而发射率测量结果偏低.测量了真空环境下2000℃时纯度为99.99%石墨的光谱发射率曲线.采用模型校准后的发射率曲线与文献比较, 取得了比较一致的结果.该方法在超高温发射率测量技术中可以有效地提高测量精度.