一種強激光功率密度的測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型是一種強激光功率密度的測量裝置及測量方法，適用于激光功率密度超過1 X 1013 W/cm2的強激光功率密度檢測等領域，彌補了傳統激光功率密度檢測器無法檢測激光功率密度超過1 X 1013 W/cm2的空白。
【背景技術】
[0002]目前市場上尚未有檢測激光功率密度超過1X 1013 W/cm2的強激光功率密度測量器，這是由于傳統的測量器探頭多為半導體或晶體等固態探頭，該類固態探頭無法承受功率密度超過IX 1013 W/cm2的強激光，否則將造成探頭的燒灼損壞。
[0003]有基于此，本實用新型提出了一種強激光功率密度的測量裝置及其測量方法，利用氣體分子的強場物理現象與強激光的功率密度的相關性，通過不同強激光功率密度下出現不同的分子取向、分子電離和高次諧波等現象，可有效判斷出強激光的實時功率密度。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術的上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種強激光功率密度的測量裝置，并提供了該測量裝置的測量方法，可應用于強激光功率密度的實時檢測等領域，彌補了傳統激光功率密度檢測器無法檢測強激光功率密度的空白。
[0005]為達到上述目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的:
[0006]—種強激光功率密度的測量裝置，依次包括激光器、聚焦透鏡和真空腔，所述真空腔設有進氣管和真空栗，所述進氣管連接有儲氣瓶和噴嘴，所述噴嘴具有極性分子噴流，所述真空腔連接有軟X射線攝像頭，所述真空腔設有進光窗口和鋁膜，所述進光窗口與鋁膜相對，且所述進光窗口與聚焦透鏡相鄰，所述鋁膜與軟X射線攝像頭相鄰。
[0007]所述測量裝置在使用時，所述軟X射線攝像頭通過電腦控制線與計算機連接。
[0008]—種強激光功率密度的測量方法，包括如下步驟:
[0009](1)激光器輸出的激光通過聚焦透鏡匯聚于極性分子噴流上，用于極性分子的取向定位;
[0010](2)待測激光束經由進光窗口與激光器發出的取向激光束交疊并共同作用于極性分子噴流上，故噴流處即為強激光功率密度的待測位置；
[0011](3)待測激光束與極性分子噴流相互作用產生高次諧波，高次諧波通過鋁膜過濾掉殘余的基頻激光后進入軟X射線攝像頭；
[0012](4)高次諧波載有待測激光束的功率密度信息，通過軟X射線攝像頭檢測并分析，即判斷出待測激光束的實時功率密度。
[0013]本實用新型的有益效果如下:
[0014]本實用新型利用氣體分子的強場物理現象與強激光的功率密度的相關性，通過不同強激光功率密度下出現的分子取向、分子電離和高次諧波等現象，可有效判斷出強激光的實時功率密度。可應用于強激光功率密度的實時檢測等領域，彌補了傳統激光功率密度檢測器無法檢測強激光功率密度的空白。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的測量裝置示意圖；
[0016]圖2為本實用新型測量方法相關的測量原理圖；
[0017]圖3為實施例1的測量裝置示意圖；
[0018]圖4為實施例1的激光功率密度定標圖；
[0019]其中，1為激光器、2為聚焦透鏡、3為真空腔、4為真空栗、5為進光窗口、6為儲氣瓶、7為進氣管、8為噴嘴、9為極性分子噴流、10為軟X射線攝像頭、11為鋁膜、12為待測激光束、13為高次諧波、14為電腦控制線、15為電腦。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型的保護范圍并不限于此。
[0021]如圖1所示，本實用新型強激光功率密度的測量裝置，依次包括激光器1、聚焦透鏡2和真空腔3，真空腔3設有進氣管7和真空栗4，真空栗4用于維持真空腔3的真空度；進氣管7連接有儲氣瓶6和噴嘴8，儲氣瓶6儲有極性分子氣體，通過進氣管7并經由噴嘴8形成極性分子噴流9 ;真空腔3連接有軟X射線攝像頭10，真空腔3設有進光窗口 5和鋁膜11，進光窗口 5與鋁膜11相對，且進光窗口 5與聚焦透鏡2相鄰，鋁膜11與軟X射線攝像頭10相鄰。
[0022]本實用新型的強激光功率密度測量原理和方法如下:首先，利用待測強激光束與取向可控的極性分子氣體相互作用產生強場物理現象；然后利用強場物理現象與待測強激光的功率密度的相關性來判斷出強激光的實時功率密度。這個相關性表現為不同激光功率密度會產生不同的高次諧波輻射強度和不同的取向信號對比度。高次諧波信號與分子的電離程度密切相關，因此這種相關性可通過分子的強場電離模型來解釋，如圖2所示，為二氧化碳極性分子在激光場下的電離幾率曲線，圖中三條曲線分別是中性粒子數、一階離子數、二階離子數與激光功率密度之間的關系。可以發現，當激光功率密度低于8X1013 W/cm2時，二氧化碳分子無法電離，此時不會有高次諧波信號出現；當激光功率密度高于8X 1013 W/cm2時，開始出現一階離子數，說明此時有高次諧波信號出現；當激光功率密度達到3X10 14W/cm2時，一階離子數達到最大值，說明此時高次諧波信號也將達到極值；當激光功率密度達到1X1015 W/cm2時，開始出現二階離子數，說明此時高次諧波信號分別來源于一階離子和二階離子，將導致高次諧波的取向信號對比度變差；當激光功率密度達到3X1015 W/cm2時，二氧化碳極性分子將被過度電離，導致高次諧波信號強度急劇下降同時伴隨取向信號的消失。因此，利用上述原理和方法，本實用新型可有效判斷出1013-1015 W/cm2范圍內的功率密度變化，再通過對高次諧波的強度定標和對比度定標，即可有效測量強激光的功率密度值。
[0023]實施例1
[0024]本實施例1所使用的測試裝置如圖3所示，即在圖1的裝置上，將軟X射線攝像頭10通過電腦控制線14與計算機15連接。
[0025]本實施例1應用于800nm飛秒激光(8mJ/45fs/lkHz)在焦斑處的激光功率密度實時測量:激光器1為普通的高功率激光器，產生的激光用于極性分子的取向定位，所需的功率密度在焦斑處約為1013 W/cm2;聚焦透鏡2為石英平凸透鏡，焦距為500mm ;高真空腔3為高真空腔，由不銹鋼板和密封圈組裝而成；真空栗4所需維持的真空度在1 X 10 3 Pa以上；進光窗口 5是石英窗片，密封在真空腔開孔處，作為進光窗口，厚度在3_左右；儲氣瓶6是不銹鋼儲氣瓶，儲有二氧化碳氣體；進氣管7是不銹鋼進氣管，內徑約為6mm ;氣體噴嘴8連續噴流模式，噴嘴孔徑為0.25mm ;極性分子噴流9是二氧化碳極性分子噴流；軟X射線攝像頭10所選品牌和型號為Princeton Instruments, SX400 ;招膜11厚度為500nm，由招膜支架作為支撐；待測激光束12選擇Coherent公司生產的鈦寶石飛秒激光系統，輸出波長為800nm，輸出脈寬為45fs，單脈沖能量為8mJ，輸出頻率為1kHz，由焦距為400mm的聚焦透鏡匯聚到氣體噴流上，其中輸出能量通過能量控制器連續可調，用于實時改變焦斑處的激光功率密度；高次諧波13是待測飛秒激光與氣體噴流相互作用產生的高次諧波。
[0026]本實施例1中，存儲在儲氣瓶6的極性分子氣體通過進氣管7并經由噴嘴8形成極性分子噴流9，激光器1輸出的激光和待測激光束12分別通過各自的聚焦透鏡匯聚到極性分子噴流9上，待測激光束12與極性分子噴流9相互作用產生高次諧波13，而產生的高次諧波13再通過鋁膜11過濾掉殘余的基頻激光后進入軟X射線攝像頭10。高次諧波13載有待測激光束12的功率密度信息，因此，通過軟X射線攝像頭10檢測并分析即可有效判斷出待測激光束12的實時功率密度。
[0027]應用如圖3所示的裝置，本實用新型人測量并繪制了高次諧波信號與功率密度之間的關系圖，如圖4所示:測量了高次諧波輻射強度隨著激光功率密度變化的函數關系圖，黑線是平行取向(極性分子軸與待測激光的偏振方向保持平行，可通過取向激光操控，即取向激光和待測激光的偏振方向保持平行)時的高次諧波信號，綠線是無取向激光時的高次諧波信號，紅線是垂直取向(極性分子軸與待測激光的偏振方向保持垂直，即取向激光和待測激光的偏振方向保持垂直)時的高次諧波信號。
[0028]從圖4可以看出，當激光功率密度達到3 X 1014 W/cm2時，高次諧波輻射強度達到最大值；當激光功率密度達到1 X 1015 W/cm2時，由于二階離子數的出現，導致高次諧波的輻射強度和取向對比度變差，大小約為極值的一半；當激光功率密度達到3X1015 W/cm2時，由于二氧化碳極性分子被過度電離，導致高次諧波輻射強度下降同時伴隨取向信號消失(即黑線、綠線和紅線重疊在一起)。圖4的實驗測量結果與圖2的原理模擬結果基本一致，因此，利用本實用新型的原理和方法可有效判斷出1013-1015 W/cm2范圍內的功率密度變化，再通過對高次諧波的強度和對比度的數值定標，即可有效測量強激光的功率密度值。
[0029]上述實施例僅用于解釋說明本實用新型的發明構思，而非對本實用新型權利保護的限定，凡利用此構思對本實用新型進行非實質性的改動，均應落入本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種強激光功率密度的測量裝置，其特征在于:依次包括激光器、聚焦透鏡和真空腔，所述真空腔設有進氣管和真空栗，所述進氣管連接有儲氣瓶和噴嘴，所述噴嘴具有極性分子噴流，所述真空腔連接有軟X射線攝像頭，所述真空腔設有進光窗口和鋁膜，所述進光窗口與鋁膜相對，且所述進光窗口與聚焦透鏡相鄰，所述鋁膜與軟X射線攝像頭相鄰。2.如權利要求1所述強激光功率密度的測量裝置，其特征在于:所述測量裝置在使用時，所述軟X射線攝像頭通過電腦控制線與計算機連接。
【專利摘要】本實用新型涉及一種強激光功率密度的測量裝置，依次包括激光器、聚焦透鏡和真空腔，所述真空腔設有進氣管和真空泵，所述進氣管連接有儲氣瓶和噴嘴，所述噴嘴具有極性分子噴流，所述真空腔連接有軟X射線攝像頭，所述真空腔設有進光窗口和鋁膜，所述進光窗口與鋁膜相對，且所述進光窗口與聚焦透鏡相鄰，所述鋁膜與軟X射線攝像頭相鄰。本實用新型可應用于強激光功率密度的實時檢測等領域，彌補了傳統激光功率密度檢測器無法檢測強激光功率密度的空白。
【IPC分類】G01J1/42
【公開號】CN205066934
【申請號】CN201520787584
【發明人】尉鵬飛, 俞軍, 童瑞寰, 廖志廣, 郁慧珍, 張麗英, 楊丁中, 董一鳴
【申請人】紹興文理學院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月12日