针对激光聚变装置冲击波速度被动测量的需求, 设计了一种测速光学系统。采用高紫外透过率的氟化玻璃, 实现了透射式300~800 nm复消色差设计。系统光路具有前后两组镜头, 中间为平行光, 镜头间距可变, 光路适应能力强。系统前端两侧的双目机器视觉能够完成自动寻的。平行光路中设置5个激光器, 轴上的1个前向照明靶点用来观察条纹相机狭缝处的目标像质, 轴外的4个与光轴平行后向传输用来标识系统光轴的位置, 激光器部件可电动切入/切出。系统前组镜头F/#数为4, 宽谱工作物方分辨率优于10 μm, 532 nm单波长工作物方分辨优于5 μm。该光学系统光路排布灵活, 可单独被动测速, 也可与主动测速系统VISAR耦合构成主被一体复合测速系统, 满足激光聚变装置冲击波测速的需求。

使用主动式任意反射面速度干涉仪进行了平面靶预热膨胀量的观测,并对间接驱动下不同能量和靶型的预热膨胀量进行了计算。实验发现,在5 kJ单端驱动的激光能量作用下,平面样品后界面的膨胀量可达2.1 μm左右。优化靶设计后,在冲击波速度测量实验中使用双端驱动方式,通过测量膨胀量修正台阶厚度,可以获得更加精确的动态台阶厚度值。结合精确获得的冲击波传输时间,在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度值。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性,可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。

在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上采用了辐射驱动冲击波速度被动式测量技术，对冲击波发光图像信噪比进行了理论分析和实验研究，结果表明：靶室内杂散光比冲击波信号至少强4个量级以上，是影响信噪比的关键因素。据此提出了信噪比控制技术，通过电磁屏蔽优化，采用了基于光触发的快时间分辨测量技术，提高了冲击波速度测量精度。基于冲击波测量辐射温度，对辐射驱动冲击波速度被动式测量技术进行了考核。实验测量的冲击波发光图像清晰，数据信噪比及冲击波速度和物理预期一致，验证了技术的可靠性。

激光加载可以产生比气泡加载更高的压力，是高压状态方程研究中一种新的加载方式。在激光加载高压状态方程(EOS)研究中，台阶靶是常用的靶型。针对传统台阶靶存在的预热膨胀问题，提出了使用主动式任意反射面速度干涉仪(VISAR)进行台阶靶预热和冲击波测量的方法。该技术利用条纹图移动量计算厚度增加量，利用冲击波到达自由面产生条纹跳变的时刻来获得精确的冲击波到达时刻。通过修正已测量台阶厚度与膨胀量，可以获得更加精确的台阶厚度值。通过精确的时间间隔可以得到冲击波传输的时间。在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性，可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。

在使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量运动表面速度的过程中，利用双灵敏度方法可以获得唯一的速度。由于双灵敏度方法对速度的判断需要人为干预，所以就会出现速度的非唯一性问题。在成像型VISAR中，由于散斑和条纹质量下降等问题，该现象更加严重。提出了一种可进行自校准判断的靶型，可以在获得冲击波速度的同时获得唯一冲击波速度，从而改进了双灵敏度方法。通过积分速度曲线的面积，获得运动表面所经历的距离。比较几组相近速度曲线的积分值与已知样品的厚度，可以获得准确的冲击波速度历史曲线图。同时该方法也是一种从实验上验证VISAR系统不确定度的方法，与理论上的评估结果相互吻合，证明了该方法的正确性。这种改进的双灵敏度测速方法和不确定度评估方法，可为未来的VISAR诊断精密化发展提供技术思路。