一种高精度强激光功率密度仪及检测方法技术

一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，所述高精度强激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空泵、高压电源、正高压电极、负高压电极、第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、铝膜、软X射线光谱仪、软X射线摄像头、电脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真空泵用于维持真空腔内的真空度；所述负高压电极与第一电源线连接，所述正高压电极与第二电源线连接，所述负高压电极与正高压电极之间产生的静电场用于二氧化碳分子的取向定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于检测设备
，尤其涉及一种高精度强激光功率密度仪及检测方法。
技术介绍
由于传统的激光功率密度测量仪器探头多为半导体或晶体等固态探头，导致该类探头无法承受激光功率密度超过1×1013W/cm2的强激光辐射，否则仪器探头将会被烧灼损坏。然而本专利技术则是利用取向后的二氧化碳分子与汇聚后的强激光相互作用来测量和定位1014W/cm2附近的强激光功率密度，这是由于二氧化碳分子在激光强场下发生电离和高次谐波辐射所需的激光功率密度为1014W/cm2。此外，二氧化碳分子内两个氧原子在强激光场下分别发射的电子波包将会发生双中心干涉并碰撞产生高次谐波辐射，然后利用X射线光谱仪和X射线摄像头测量不同阶次的高次谐波辐射强度即可有效推导出发生相互作用时的实时激光功率密度。
技术实现思路
本专利技术主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，利用了二氧化碳分子在强激光场下受激发射电子波包过程中的双中心干涉现象来精确测量和定位1014W/cm2附近的强激光功率密度，具有精度高、定位准等特点。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，所述高精度强激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空泵、高压电源、正高压电极、负高压电极、第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、铝膜、软X射线光谱仪、软X射线摄像头、电脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真空泵用于维持真空腔内的真空度；所述负高压电极与第一电源线连接，所述正高压电极与第二电源线连接，所述负高压电极与正高压电极之间产生的静电场用于二氧化碳分子的取向定位；所述气体喷嘴内装有二氧化碳分子，可形成二氧化碳喷流；所述待测激光与二氧化碳喷流相互作用产生高次谐波，只透过高次谐波进入X射线光谱仪；所述铝膜用于阻挡残余的待测激光；所述高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线摄像头进行辐射强度的拍摄记录；所述软X射线摄像头与电脑控制线连接，所述电脑控制线与个人电脑连接；所述软X射线光谱仪由球面镜、柱面镜、狭缝和平场X射线光栅组成。所述方法如下：待测激光与取向后的二氧化碳分子相互作用发生电离现象并产生电子波包，而二氧化碳分子内的两个氧原子分别发射的电子波包将会发生双中心干涉并碰撞产生高次谐波辐射现象。这种不同阶次的分子高次谐波辐射强度与激光功率密度密切相关，我们可以从中解析出相互作用时的实时激光功率密度值。这是因为二氧化碳分子的双中心干涉因子可定义为在某个t0时刻，取向后的高次谐波强度S与无取向的高次谐波强度S0的比值可表达如下：其中θ是待测激光的偏振方向与二氧化碳分子轴的夹角，是某个t0时刻的分子系宗角分布函数，Θ是待测激光的偏振方向与高压静电场方向之间的夹角，n是高次谐波的阶次，R是二氧化碳分子内的两个氧原子之间的核间距，λB(n)是产生n次高次谐波对应的电子的德布罗意波，可表达为：其中h是普朗克常数，me是电子的质量，n是高次谐波的阶次，v0是待测激光的基频，Ip是二氧化碳分子的电离能，δ是外场感应系数(其大小与待测激光功率密度密切相关)。联合公式(1)和(2)，我们就可以得到高次谐波强度S与外场感应系数δ之间的关联，如图2所示，我们计算得到了不同阶次(21次，25次，27次，29次)的高次谐波强度S随感应系数δ变化的关系，其中虚点线是垂直取向时(Θ＝90°)的高次谐波强度，虚划线是平行取向时(Θ＝0°)的高次谐波强度，我们可以发现，不同阶次的垂直取向线与平行取向线的交叉位置对应着不同的外场感应系数δ，此交叉点可用于定位不同的感应系数值，而外场感应系数δ与待测激光的实时功率密度密切相关。因此，我们可以通过交叉点来定标出待测激光的功率密度。本专利技术具有的有益效果：利用了二氧化碳分子在强激光场下受激发射电子波包过程中的双中心干涉现象来精确测量和定位1014W/cm2附近的强激光功率密度，具有精度高、定位准等特点。附图说明图1为本专利技术测量仪的示意图。图2为本专利技术测量原理相关的定标方法图。·图3为本专利技术的一个具体实施事例的装置示意图。图4为本专利技术具体实施事例的激光功率密度定标图。图中：1、待测激光；2、进光窗口；3、真空腔；4、真空泵；5、高压电源；6、正高压电极；7、负高压电极；8、第一电源线；9、第二电源线；10、气体喷嘴；11、高次谐波；12、铝膜；13、软X射线光谱仪；14、软X射线摄像头；15、电脑控制线；16、个人电脑。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，如图1～图4所示，所述高精度强激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空泵、高压电源、正高压电极、负高压电极、第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、铝膜、软X射线光谱仪、软X射线摄像头、电脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真空泵用于维持真空腔内的真空度；所述负高压电极与第一电源线连接，所述正高压电极与第二电源线连接，所述负高压电极与正高压电极之间产生的静电场用于二氧化碳分子的取向定位；所述气体喷嘴内装有二氧化碳分子，可形成二氧化碳喷流；所述待测激光与二氧化碳喷流相互作用产生高次谐波，只透过高次谐波进入X射线光谱仪；所述铝膜用于阻挡残余的待测激光；所述高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线摄像头进行辐射强度的拍摄记录；所述软X射线摄像头与电脑控制线连接，所述电脑控制线与个人电脑连接；所述软X射线光谱仪由球面镜、柱面镜、狭缝和平场X射线光栅组成。所述方法如下：待测激光与取向后的二氧化碳分子相互作用发生电离现象并产生电子波包，而二氧化碳分子内的两个氧原子分别发射的电子波包将会发生双中心干涉并碰撞产生高次谐波辐射现象。这种不同阶次的分子高次谐波辐射强度与激光功率密度密切相关，我们可以从中解析出相互作用时的实时激光功率密度值。这是因为二氧化碳分子的双中心干涉因子可定义为在某个t0时刻，取向后的高次谐波强度S与无取向的高次谐波强度S0的比值可表达如下：其中θ是待测激光的偏振方向与二氧化碳分子轴的夹角，是某个t0时刻的分子系宗角分布函数，Θ是待测激光的偏振方向与高压静电场方向之间的夹角，n是高次谐波的阶次，R是二氧化碳分子内的两个氧原子之间的核间距，λB(n)是产生n次高次谐波对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，其特征在于所述高精度强激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空泵、高压电源、正高压电极、负高压电极、第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、铝膜、软X射线光谱仪、软X射线摄像头、电脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真空泵用于维持真空腔内的真空度；所述负高压电极与第一电源线连接，所述正高压电极与第二电源线连接，所述负高压电极与正高压电极之间产生的静电场用于二氧化碳分子的取向定位；所述气体喷嘴内装有二氧化碳分子，可形成二氧化碳喷流；所述待测激光与二氧化碳喷流相互作用产生高次谐波，只透过高次谐波进入X射线光谱仪；所述铝膜用于阻挡残余的待测激光；所述高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线摄像头进行辐射强度的拍摄记录；所述软X射线摄像头与电脑控制线连接，所述电脑控制线与个人电脑连接；所述软X射线光谱仪由球面镜、柱面镜、狭缝和平场X射线光栅组成。

【技术特征摘要】
1.一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，其特征在于所述高精度强
激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空泵、高压电源、正高压电极、
负高压电极、第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、铝膜、软X
射线光谱仪、软X射线摄像头、电脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真
空泵用于维持真空腔内的真空度；所述负高压电极与第一电源线连接，所述
正高压电极与第二电源线连接，所述负高压电极与正高压电极之间产生的静
电场用于二氧化碳分子的取向定位；所述气体喷嘴内装有二氧化碳分子，可
形成二氧化碳喷流；所述待测激光与二氧化碳喷流相互作用产生高次谐波，
只透过高次谐波进入X射线光谱仪；所述铝膜用于阻挡残余的待测激光；所
述高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线摄像头进行辐
射强度的拍摄记录；所述软X射线摄像头与电脑控制线连接，所述电脑控制
线与个人电脑连接；所述软X射线光谱仪由球面镜、柱面镜、狭缝和平场X
射线光栅组成。
2.根据权利要求1所述一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，其特
征在于所述方法如下：
待测激光与取向后的二氧化碳分子相互作用发生电离现象并产生电子波
包，而二氧化碳分子内的两个氧原子分别发射的电子波包将会发生双中心干
涉并碰撞产生高次谐波辐射现象。这种不同阶次的分子高次谐波辐射强度与
激光功率密度密切相关，我...

【专利技术属性】
技术研发人员：段延敏，朱海永，尉鹏飞，王艳伟，何林李，于永丽，张耀举，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33