[發明專利]飛秒激光等離子體通道干涉圖相位和電子密度提取方法

無效

• 申請號: 201010106458.7
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101776489A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 周子理;盧海洋;夏長權;劉建勝;李儒新
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J9/02
• 分類號: G01J9/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明屬于光學測量領域，特別是一種飛秒激光等離子體通道干涉圖相位和電子密度提取方法。

背景技術

飛秒強激光與物質相互作用是當前科學研究的熱點前沿之一。近年來，隨著超短超強激光技術的迅猛發展，在小型化臺式激光系統上，目前已經實現了時間寬度只有幾飛秒的超短脈沖激光，可聚焦功率密度已達10²¹W/cm²甚至更高量級。如此高的激光強度已被應用于與固體和氣體靶相互作用的實驗中，包括激光粒子加速，高能X射線和核聚變中子的產生等。在這些超快強激光與物質相互作用的研究中，等離子體通道的電子密度分布是不可缺少的一個重要參數。作為一種常見的光學測量手段，干涉法被應用于對等離子體參數的超快光學探測中。通過分析干涉圖中攜帶的與等離子體通道電子密度相關的相位信息，可以實現對等離子體通道電子密度分布和其他參數的測量。快速有效地提取飛秒激光干涉圖中的相位信息和電子密度分布，對飛秒激光等離子體通道特性的診斷以及超快強激光與物質相互作用的研究具有重要意義。

在提取干涉圖相位信息的現有技術“移相干涉圖像的信息處理系統及其處理方法”(專利公開號CN1975321)中，需用CCD相機連續攝取多幀的干涉圖像，從多幀干涉圖中恢復出波面的原始相位信息。但在超快激光測量中，由于激光脈沖在空間的干涉區域僅為μm量級，探測系統的一些不確定因素，比如溫度、氣流、激光方向微小變化和激光能量起伏等會使干涉條紋出現較大的非正常抖動，不能滿足多幀連續拍攝處理的要求。因此常用的針對連續光干涉圖相位信息的提取技術在超快激光脈沖激光干涉測量中不易實現。

M.Takeda等人曾在文章“Fourier-transform?method?of?fringe-pattern?analysis?forcomputer-based?topography?and?interferometry”(J.Opt.Soc.Am.，Vol.72，No.1，1982，p156-160)中提出一種基于傅里葉變換去噪的手段提取干涉條紋相位信息方法，并被用到后來對超快干涉測量相位信息和等離子體電子密度分布的提取技術中[“Characterization?of?laser?plasmas?for?interaction?studies：Progress?in?time-resolved?densitymapping”(Phys.Rev.E，Vol.54，No.6，1996，p6769-6773)]。該種方法不需要連續拍攝多幀的干涉圖，而是將單幀的干涉圖中被相位信息調制和未被調制干涉光強進行比較，通過傅里葉變換的方法提取相位信息。然而，受限于其算法本身，提取出來的相位值被限制在(-π，π)區間內并且呈不連續分布，需要通過進一步判斷和相位補償，將階躍的相位值拼接起來以獲得連續的相位分布。這種相位拼接過程將增加不必要的計算誤差并限制數據處理速度，其計算的簡潔性和效率有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，考慮到超快激光干涉測量的具體條件，提供一種飛秒激光等離子體通道干涉圖相位和電子密度提取方法，以準確快速地提取出直觀且連續的空間相位分布值，大大提高工作效率。

本發明的技術解決方案如下：

一種飛秒激光等離子體通道干涉圖相位和電子密度提取方法，其特點在于該方法包括下列步驟：

①用CCD相機拍攝無等離子體時探針光的背景干涉光強圖I_bg(i，j)和有等離子體時探針光的等離子體通道干涉光強圖I(i，j)；

②干涉圖濾波去噪：

將所述的等離子體通道干涉光強圖進行快速傅里葉變換獲得等離子體通道頻域信息，濾掉頻譜中的高頻信號，減少系統的噪聲干擾，獲得去噪后的等離子體通道干涉光強圖I_f(i，j)；

③對所述的去噪后等離子體通道干涉光強圖I_f(i，j)尋取明暗條紋位置：

逐行尋取去噪后的等離子體通道干涉光強圖中的波峰和波谷并記錄其位置獲得等離子體通道明暗條紋位置圖A(i，j)；

④從所述的等離子體通道明暗條紋位置圖A(i，j)計算得到等離子體通道相位差空間分布P(i，j)：

⑤用上述步驟②至④同樣的方法，對所述的背景干涉光強圖I_bg(i，j)進行處理，得到無等離子體時的背景相位差空間分布P_bg(i，j)；