激光与等离子体相互作用参数的诊断装置制造方法及图纸

一种激光与等离子体相互作用参数的诊断装置，包括以真空靶室内靶为中心分成光源和收集检测两部分，光源部分中含有内部置有产生双脉冲激光束双折射晶体的激光器和聚焦器件。收集检测部分含有第一凸透镜，检偏器，第二凸透镜，滤色片和接收器件。具有简捷性，易操作性，延时的准确性，无损性，高灵敏度和低成本的特点，特别适用于超强超快激光与等离子体相互作用的参数诊断。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种激光与等离子体相互作用参数的诊断装置。特别适用于超短超强激光与等离子体相互作用的参数的诊断。在先技术美国A.K.Lal等人提供了一种双频率CO2激光激发等离子体波的小角度汤姆逊散射诊断装置(发表于Phys.Plasmas 4(5)，1443，1997)。它的泵浦光是拍频CO2激光(波长分别为10.3和10.6微米，全半高脉宽300皮秒，能量70焦耳)，探针光波长0.53微米，全半高脉宽2纳秒，与泵浦光成87°角入射，其时间分辨是靠条纹相机扫描获得，分辨率为10皮秒。此类装置的不足之处有以下三点1.探针光源需另行引入，在器件及光路上较繁琐；2.其时间分辨受限于条纹相机的分辨率，此装置不适于台式飞秒激光器件，因为飞秒激光在等离子体中激发的等离子体波的驰豫时间在皮秒量级，而分辨率小于皮秒的条纹相机是非常昂贵的；3.此装置要求泵浦光与探针光有一定的夹角，因而不能用于对国际上处于研究热点的激光在受毛细管约束的等离子体中激发等离子体波的过程进行诊断。在先技术美国海军研究实验室A.Ting等人基于飞秒激光的相干汤姆逊散射技术较上述装置有了较大改进(发表于Phys.Rev.Lett.77，5377，1996.和Phys.Plasmas 4(5)，1889，1997)。它的激光源参数是波长1.06微米，脉宽400飞秒，能量1000毫焦耳。首先用一分光板从泵浦光中分出一小部分光作为探针光，此探针光通过磷酸氘钾(KDP)晶体倍频(这样在频谱上就与泵浦光分离)后重新与泵浦光同轴，分别调节两束光的光程即可得到不同的延迟时间。散射光经过一滤色片后进入谱仪。从结构上这一装置精简了许多，它的探针光是泵浦光的一部分，不需要额外的激光光源，其泵浦光与探针光的延时是光路可调的，不需要昂贵的设备，且可进行零角度诊断。但这一装置仍有以下缺陷1.分光板和KDP晶体会展宽飞秒脉冲，降低聚焦使用(打靶)功率；2.相对于1皮秒延时的光程差为0.3毫米，两光路的微小变化都会改变泵浦光与探针光的时间间隔，并且两光路的绝对光程差不易确定，需要监测系统；3.由于装置上需要使用的离轴抛物面反射镜聚焦焦斑极小，半径小于10微米，将探针光重新与泵浦光调整为同轴并聚焦到如此小的区域上是很困难的；4.散射光光谱的频谱移动正比于探针光波长的平方，对于飞秒脉冲这种宽谱激光源，必须有足够的频移量才有可能在前向获得不被本底光掩盖的散射信号，而KDP晶体对探针光的倍频无疑会使观测散射光信号更加困难。本专利技术的目的是为克服以上在先技术中的问题，主要是针对激光与等离子体相互作用的应用，提供一种简便易行，无需昂贵元器件的相干汤姆逊散射诊断装置。克服在先技术中产生探针光与调节延时的光路复杂的缺点，进一步提高对微小散射信号的灵敏度，且适于各类激光系统，包括采用啁啾脉冲放大(CPA)和采用光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的超短超强激光系统。本专利技术的诊断装置的结构如图1所示，从功能上可分为两个组成部分。以置于真空靶室4内的靶3为中心，第一部分是从产生双脉冲激光束至置于真空靶室4内的靶3为止的光源部分，包括激光器1和聚焦器件2。其中激光器1内含有激光振荡器101，激光放大器102，扩束压缩器件104；在激光放大器102与扩束压缩器件104之间置有产生双脉冲激光束的双折射晶体103。第二部分是从真空靶室4内的靶3开始至接收器件9为止的收集检测部分，含有由焦点位于真空靶室4内的靶3上的第一凸透镜5与焦点位于接收器件9上的第二凸透镜7构成的复合透镜。置于第一凸透镜5与第二凸透镜7之间有检偏器6。置于第二凸透镜7与接收器件9之间有滤色片8，以及接收器件9。其中聚焦器件2可以根据不同的实验条件而改变它所包含的光学元件，即反射镜与聚焦镜等，主要的作用是将光源的激光束聚焦在靶3上，所以聚焦器件2的焦点只要位于靶3上，就不影响整体装置的工作。具体的工作过程如下第一部分中，双折射晶体103放于激光器1内，位于激光放大器102与扩束压缩器件103之间，它是由对激光束波段透明且无明显非线性效应的单轴晶体，如方解石晶体，或铌酸锂晶体，或金红石晶体构成。具体单轴晶体的选择可以依据工作要求的泵浦光和探针光之间的时间间隔而定，加工形状以不影响激光光束的通过为准。双折射晶体103的光轴平行于光学表面，并且双折射晶体103是光轴垂直于激光束传播方向地置于激光器1内的光路中。由于激光振荡器101与激光放大器102发射的激光脉冲为线偏振光，当与双折射晶体103光轴有一夹角θ时，根据单轴晶体的双折射性质，这个激光脉冲通过双折射晶体103后会分裂为两个激光脉冲，这两个激光脉冲仍是线偏振光，但偏振方向相互垂直，一个平行于双折射晶体103的光轴，一个垂直于双折射晶体103的光轴，空间上并不分离，而在时间上有一定的间隔。两激光脉冲的时间间隔由双折射晶体103的寻常光与特殊光的折射率差以及晶体厚度决定，并且两激光脉冲的能量比由夹角θ决定。这样，两个激光脉冲中一个为泵浦光，一个为探针光，则当改变角度θ时即可调整泵浦光与探针光的能量了。这两束激光脉冲再经过扩束压缩器件104后，即可作为工作中的泵浦光与探针光了。再通过聚焦器件2进入真空靶室4内聚焦于靶3上，产生激光与等离子体相互的作用。第二部分为收集检测部分第一凸透镜5的焦点落在靶3上，取第一凸透镜5和第二凸透镜7为复合透镜，以消除色差影响。激光与等离子体作用后的发散的激光束，包括泵浦光，探针光散射与未散射部分，经过第一凸透镜5变为平行光。再经过检偏器6，，调整检偏器6的偏振角度，由于探针光与泵浦光偏振方向相互垂直，选择探针光透过，滤除泵浦光。通常采用的探针光与泵浦光的能量比约为1/10，而检偏器6的偏振效率可达到1/1000，所以可以保证透过的信号主要为探针光信号。透过的探针光再被第二凸透镜7聚焦于接收器件9上。第二凸透镜7与接收器件9之间置有滤色片8，滤色片8为一特殊镀膜的带通滤波器，其频谱响应曲线对散射信号波段高透，而对其余波长的光截止，在本专利技术的实施例中，表现为对740-765纳米波长的散射光高透，对785纳米波长的未散射光高反，这就提高了散射信号的信噪比。位于第二凸透镜7焦点处的接收器件9将接收到的信号光引入与计算机连接的谱仪内，即可在显示器上动态地显示散射信号谱。本专利技术采用双折射晶体103的双折射效应产生两束同轴，偏振方向垂直，能量比和时间间隔可调的激光束，这一技术特征可作多种用途。在激光与等离子体相互作用领域，也可以利用此种技术产生预脉冲-泵浦光序列打靶，即前一个脉冲能量较低，作为预脉冲与靶作用，产生等离子体，后一个脉冲能量较高，作为泵浦光与等离子体相互作用。利用偏振反射片还可以将这两束同轴光在空间上分离开来，进行不同角度的诊断。由于两脉冲偏振方向垂直，利用偏振片可以对两束光分别进行诊断，包括光谱分析和焦斑成像等。本专利技术装置的优点本专利技术装置与在先技术的相干汤姆逊散射诊断装置相比，有以下特点1.简捷性产生泵浦光-探针光双脉冲，无需外部光源，产生双脉冲激光束的光学元件只是一片双折射晶体103，较在先技术中使用一激光器或用分光板产生探针光，本专利技术做到了最大精简。2.易操作性由于泵浦光与探针光在光路上从未分离，二者间不存在光路上的调整问题。而在先技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光与等离子体相互作用参数的诊断装置，包括：〈１〉以置于真空靶室（４）内的靶（３）为中心，分成含有激光器（１）和聚焦器件（２）的光源部分和从真空靶室（４）内的靶（３）开始至接收器件（９）为止的收集检测部分；其特征在于：〈２〉 光源部分中的激光器（１）内含有激光振荡器（１０１）、激光放大器（１０２）、扩束压缩器件（１０４）以及置于激光放大器（１０２）与扩束压缩器件（１０４）之间的产生双脉冲激光束的双折射晶体（１０３）；〈３〉收集检测部分中含有：由焦点位于真空靶 室（４）内的靶（３）上的第一凸透镜（５）与焦点位于接收器件（９）上的第二凸透镜（７）构成的复合透镜，在第一凸透镜（５）与第二凸透镜（７）之间置有检偏器（６），在第二凸透镜（７）与接收器件（９）之间置有滤色片（８）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤宇晖，韩申生，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]