專利名稱：激光脈沖波形測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光參數(shù)測試領(lǐng)域，主要涉及一種激光脈沖波形測量裝置。
背景技術(shù)：
在超強(qiáng)激光脈沖與物質(zhì)相互作用的過程中，較強(qiáng)的預(yù)脈沖會(huì)引起固體靶預(yù)電離， 產(chǎn)生低溫低密度等離子體，預(yù)脈沖的時(shí)間歷史會(huì)嚴(yán)重影響主脈沖在物質(zhì)中的傳輸狀態(tài)，主 脈沖與這些低密度等離子體相互作用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理和物理現(xiàn)象的分析會(huì)產(chǎn)生重大影 響，因此脈沖時(shí)間波形中預(yù)脈沖強(qiáng)度相對(duì)于主脈沖強(qiáng)度的高低是判斷超強(qiáng)激光系統(tǒng)性能的 一個(gè)重要指標(biāo)。測量激光脈沖時(shí)間波形通常采用高速光電探測器、條紋相機(jī)和相關(guān)儀等方 法和技術(shù)，由于受限于測試設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍，單獨(dú)使用某一測試設(shè)備在測量脈沖主峰時(shí)不 能獲得預(yù)脈沖的信息，而測量高對(duì)比度的預(yù)脈沖時(shí)主脈沖會(huì)飽和甚至毀壞探測設(shè)備。目前 國內(nèi)現(xiàn)有的專利中未見到激光脈沖波形對(duì)比度實(shí)時(shí)測試技術(shù)的相關(guān)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)在激光脈沖波形測量中單獨(dú)使用某一測試設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍小，本 實(shí)用新型提供一種激光脈沖波形測量裝置，能夠產(chǎn)生等離子體對(duì)透射脈沖截?cái)?，達(dá)到提高 激光脈沖波形對(duì)比度測試。本實(shí)用新型的激光脈沖波形測量裝置，特點(diǎn)是，所述的測量裝置中，被測的平行激 光束經(jīng)過第一分光鏡后將光分成透射光和反射光，透射光束依次經(jīng)過光束延遲、第一全反 鏡、第一衰減片后入射到第二分光鏡，反射光束依次經(jīng)過第二全反鏡、第一透鏡、透明介質(zhì)、 第二透鏡、小孔、第二衰減片、入射到第二分光鏡；經(jīng)過第二全反鏡的反射光束通過第一透 鏡聚焦在透明介質(zhì)上產(chǎn)生等離子體擊穿，對(duì)透射脈沖截?cái)啵该鹘橘|(zhì)上的焦斑經(jīng)第二透鏡 放大成像在小孔上，小孔內(nèi)的光束全來自透明介質(zhì)上的等離子體擊穿區(qū)域；經(jīng)第一分光鏡 分光所得的透射光和反射光到達(dá)第二分光鏡合束，合束后的激光以同一路徑依次進(jìn)入到第 三衰減片和光電管，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)進(jìn)入瞬態(tài)數(shù)字記錄儀；根據(jù)脈沖截?cái)帱c(diǎn)的位 置進(jìn)行圖形拼接重構(gòu)，從而得到激光脈沖波形的對(duì)比度信息。所述的小孔的直徑小于透明介質(zhì)的聚焦光斑經(jīng)過第二透鏡在小孔位置成像的直徑。當(dāng)被測激光脈沖較強(qiáng)時(shí)，所述的透明介質(zhì)周圍設(shè)置有真空隔離層，防止空氣擊穿。本實(shí)用新型的激光脈沖波形測量裝置通過等離子體脈沖截?cái)?，同時(shí)測量截?cái)嗝}沖 光信號(hào)與經(jīng)過一定時(shí)間延遲的激光信號(hào)，進(jìn)行圖形拼接重構(gòu)，可提高激光脈沖波形的對(duì)比度。

圖1是本實(shí)用新型的激光脈沖波形測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1.第一分光鏡 2.光束延遲 3.第一全反鏡 4.第一衰減片 5.第二全反鏡 6.第一透鏡 7.透明介質(zhì) 8.第二透鏡 9.小孔 10.第二衰減片 11.第二分光鏡 12.第三衰減片 13.光電管 14.瞬態(tài) 數(shù)字記錄儀。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
實(shí)施例圖1是本實(shí)用新型的激光脈沖波形測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖1中，被測平行激光束 的波長為1064nm，脈沖半高全寬為1ns，能量為 1J，光斑直徑為1cm，經(jīng)過第一分光鏡1后 將光分成透射光和反射光，透射光束依次經(jīng)過光束延遲2、第一全反鏡3、第一衰減片4后入 射到第二分光鏡11，反射光束依次經(jīng)過第二全反鏡5、第一透鏡6、透明介質(zhì)7、第二透鏡8、 小孔9、第二衰減片10、入射到第二分光鏡11，光束通過第一透鏡6聚焦在透明介質(zhì)7上產(chǎn) 生等離子體對(duì)透射脈沖截?cái)?，聚焦光斑?jīng)第二透鏡8放大成像在用于約束等離子體的小孔 9上，小孔9內(nèi)的光束全來自透明介質(zhì)上的等離子體擊穿區(qū)域。經(jīng)過等離子體產(chǎn)生脈沖截?cái)?的激光脈沖信號(hào)與經(jīng)過一定時(shí)間延遲的激光脈沖信號(hào)以同一路徑進(jìn)入到第三衰減片12和 光電管13，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)進(jìn)入瞬態(tài)數(shù)字記錄儀14，根據(jù)脈沖截?cái)帱c(diǎn)的位置進(jìn)行 圖形拼接重構(gòu)，從而得到激光脈沖波形信息。等離子體截?cái)嗝}沖的原理是超短激光強(qiáng)脈沖經(jīng)多光子吸收、雪崩電離等非線性 過程將初始的透明介質(zhì)轉(zhuǎn)化成稠密等離子體，隨著等離子體密度的增加，等離子體的介電 常數(shù)相應(yīng)減??；當(dāng)激光強(qiáng)度足夠高，產(chǎn)生的等離子濃度超過臨界等離子濃度時(shí)，介質(zhì)對(duì)激光 不透明，入射激光被截?cái)啵高^的激光能量大大減少，因此等離子體開關(guān)可以具有脈沖截?cái)?效應(yīng)，測量激光預(yù)脈沖時(shí)可以有效截止主脈沖峰值通過，達(dá)到保護(hù)光電探測設(shè)備，提高脈沖 對(duì)比度測量的目的。第一分光鏡1的第一入射表面鍍?cè)龇茨?，第二入射表面鍍?cè)鐾改ぃ坏诙止忡R11 第一入射表面鍍半透半反膜，第二表面鍍?cè)鐾改?；第一分光鏡1和第二分光鏡11在光路中 均呈45°放置。光束延遲2的作用是保證經(jīng)過等離子體產(chǎn)生脈沖截?cái)嗟墓庑盘?hào)與經(jīng)過一定時(shí)間 延遲的激光信號(hào)時(shí)分復(fù)用進(jìn)入到第三衰減片12、光電管13和瞬態(tài)數(shù)字記錄儀14。光束延遲2可采用在第一分光鏡1與第一全反鏡3之間加入兩塊平面反射鏡，讓 光線再經(jīng)過二次反射，使得入射到第一分光鏡1后透射光束經(jīng)過第一分光鏡1，光束延遲2， 第一全反鏡3，第一衰減片4和第二分光鏡11與反射光束經(jīng)過第二全反鏡5，第一透鏡6，透 明介質(zhì)7，第二透鏡8，小孔9，第二衰減片10，第二分光鏡11之間光程差為 2米，等效時(shí)間 延遲約6. 6ns。透明介質(zhì)7采用融石英薄片，也可采用其它具有低損傷閾值的透明固體材料，融 石英片厚度為100 μ m，固定安架在二維橫向移動(dòng)支架上，每次測量時(shí)替換新的融石英片。當(dāng) 被測激光脈沖較強(qiáng)時(shí)，在透明介質(zhì)7周圍加設(shè)真空隔離層，阻止空氣擊穿。為增大產(chǎn)生等離子體的激光能量密度，第一透鏡6采用短焦距透鏡，焦距為IOOmm0平行光束經(jīng)透鏡聚焦后的光斑尺寸約為 歲a/￡),其中J為第一透鏡6的焦距，！為入射激光波長I力光束寬度，聚焦光斑經(jīng)放大 成像在小孔9上，小孔9用于約束產(chǎn)生等離子體光束，小孔9的直徑應(yīng)足夠小，以確保小孔 內(nèi)的能流都來自薄石英片7等離子體擊穿區(qū)域，即只讓產(chǎn)生等離子體的光束通過小孔9，小 孔9的尺寸選擇應(yīng)小于聚焦光斑經(jīng)第二透鏡8在小孔9位置成像直徑大小，小孔9的直徑 為 80 μ m0實(shí)驗(yàn)中，首先使用弱激光信號(hào)入射到測試裝置上，對(duì)于等離子體產(chǎn)生脈沖截?cái)嗟?光束與經(jīng)過一定時(shí)間延遲的激光束進(jìn)行峰值功率匹配，在產(chǎn)生等離子體的光路中加入第二 衰減片10，確保兩路脈沖時(shí)間波形峰值近似相等，約為500mV，此時(shí)產(chǎn)生等離子體和不產(chǎn)生 等離子體光路時(shí)間波形峰值分別為^jl和E1 ；然后，用一定強(qiáng)度的激光入射到測試裝置，在 不產(chǎn)生等離子體光路加入第一衰減片4，確保兩路脈沖時(shí)間波形峰值近似相等；在共同的 輸出光路中加第三衰減片12，確保輸入到光電管13的脈沖時(shí)間波形峰值在飛OOmV左右，此 時(shí)產(chǎn)生等離子體和不產(chǎn)生等離子體光路時(shí)間波形峰值分別為Ep2和氏；設(shè)第一衰減片4的透 射率為T，則等離子體開關(guān)效應(yīng)產(chǎn)生的脈沖截?cái)啾稊?shù)A為
權(quán)利要求1.一種激光脈沖波形測量裝置，其特征是，所述的測量裝置中被測的平行激光束經(jīng)過 第一分光鏡(1)后將激光分成透射光和反射光，透射光束依次經(jīng)過光束延遲(2)、第一全反 鏡(3)、第一衰減片(4)后入射到第二分光鏡(11)，反射光束依次經(jīng)過第二全反鏡(5)、第 一透鏡(6)、透明介質(zhì)(7)、第二透鏡(8)、小孔(9)、第二衰減片(10)后入射到第二分光鏡 (11)，經(jīng)過第二全反鏡(5)的反射光束通過第一透鏡(6)聚焦在透明介質(zhì)(7)上，透明介質(zhì) (7)上的聚焦光斑經(jīng)第二透鏡(8)放大成像在小孔(9)上；經(jīng)第一分光鏡(1)分光所得到的 透射光和反射光到達(dá)第二分光鏡(11)合束，合束后的激光以同一路徑依次進(jìn)入到第三衰減 片(12)和光電管(13)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)進(jìn)入瞬態(tài)數(shù)字記錄儀(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光脈沖波形測量裝置，其特征是所述的小孔(9)的直徑小 于透明介質(zhì)(7)的聚焦光斑經(jīng)過第二透鏡(8)在小孔(9)位置成像的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光脈沖波形測量裝置，其特征是所述的透明介質(zhì)(7)周圍 設(shè)置有真空隔離層。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種激光脈沖波形測量裝置。所述測量裝置中，被測的平行激光束經(jīng)過第一分光鏡后將激光分成透射光和反射光，透射光束依次經(jīng)過光束延遲、第一全反鏡、第一衰減片后入射到第二分光鏡，反射光束依次經(jīng)過第二全反鏡、第一透鏡、透明介質(zhì)、第二透鏡、小孔、第二衰減片、入射到第二分光鏡，光束通過第一透鏡聚焦在透明介質(zhì)上產(chǎn)生等離子體對(duì)透射脈沖截?cái)?，透明介質(zhì)上的聚焦光斑經(jīng)第二透鏡放大成像在小孔上。經(jīng)過等離子體產(chǎn)生脈沖截?cái)嗟墓庑盘?hào)與經(jīng)過一定時(shí)間延遲的激光信號(hào)以同一路徑進(jìn)入到第三衰減片和光電管，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)進(jìn)入瞬態(tài)數(shù)字記錄儀，根據(jù)脈沖截?cái)帱c(diǎn)的位置進(jìn)行波形拼接重構(gòu)，從而得到高動(dòng)態(tài)范圍的激光脈沖對(duì)比度信息。
文檔編號(hào)G01J11/00GK201935737SQ201020690649
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉華, 夏彥文, 孫志紅, 董軍 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心