[發明專利]利用飛秒激光實時測量反射鏡損傷閾值的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201610341121.1
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN105890878B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 盧海洋;李榮鳳;高樹超;劉建波;趙研英;顏學慶
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

技術領域

本發明屬于光學測量領域，具體涉及一種利用飛秒激光實時測量反射鏡損傷閾值的測量裝置及方法。

背景技術

飛秒激光與物質的相互作用是近來研究熱點之一，特別是應用于慣性約束核聚變(ICF)點火、激光加速粒子方面，1960年美國人Maiman才發明了第一臺紅寶石激光器，1962年調Q技術的出現使人們獲得納秒(ns)量級的激光脈沖，在1963年激光鎖模技術的發明使得脈寬進入皮秒(ps)量級，此后激光技術的發展較為平緩，直到1985年D.Strickland和G.Mouro提出啁啾脈沖放大技術(Chirped-pulse Amplification,CPA)使得高功率的小型臺式化激光器的產生成為現實，但隨之而來的問題是高功率激光的傳輸需要損傷閾值較高的光學元件，特別是用于飛秒激光的反射鏡,因此對于反射鏡損傷閾值的研究尤為重要，不同于一般的長脈沖激光(例如皮秒、納秒等)損傷，飛秒激光的作用時間短，瞬時的損傷不同于長脈沖作用在反射鏡損傷的熱擴散過程，主要是激光電場效應損傷，因此實時測量飛秒激光對反射鏡的損傷超快過程必須采用飛秒量級的光來作為探針，飛秒探針光可以探測到入射激光對反射鏡瞬間損傷，產生表面等離子體，探針光經過后可以攜帶等離子體膨脹過程、密度分布信息，根據這些信息在此基礎上對反射鏡膜層進行改進，因此實時測量反射鏡的損傷閾值對之后飛秒激光的傳輸乃至激光技術的發展有重要意義。

在飛秒激光作為探針探測等離子體密度，這主要基于光的干涉原理，等離子體密度探測中，由于存在等離子體的區域折射率不同于一般光路，引入的微小光程差反映在干涉條紋中。Mitsuo Takeda在文章“Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry”中利用傅里葉變換法提取干涉圖中的相位信息，干涉條紋的強度I(x,y)分布：

A(x,y)表示條紋的背景，B(x,y)為干涉區條紋光強變化振幅,和分別表示空間載波頻率，

φ(x,y)為被測波前的相位分布；將干涉條紋的強度分布作傅里葉變換：

i(x,y)干涉條紋在頻域的分布表達式，頻域中a(f_x,f_y)為基頻分量，與為包含相位的高頻項，將二者之一濾出移到基頻位置，做傅里葉逆變換，得到：

C(x,y)＝b(x,y)exp(iφ(x,y))＝FFT^-1(b′(f_x,f_y))

C(x,y)為包含相位信息的中間變換項，φ_m表示探針光經過等離子體區域引入的相位變化，則

利用傅里葉變換方法得到的相位信息結合阿貝逆變換得到等離子體區域密度分布，損傷瞬間可以通過采集到的干涉圖得到判斷損傷情況。

Y.Ping等人在文章“Dynamics of Relativistic Laser-Plasma Interaction on Solid Targets”中發現當激光與固體靶作用，產生損傷時由于等離子體面的移動，散射光譜有一定的偏移，損傷程度不同，光譜的偏移量也不同。

在高功率激光輸出時，利用半波片改變輸出能量較為常見，半波片后為保證偏振度再加偏振分束片，使得輸出光的某一偏振分量完全透過或者反射，這樣的組合可以保證偏振的情況下較為方便的改變輸出能量。

發明內容

基于目前的超快探測過程，根據激光加速實驗中入射光譜的移動情況，本發明提出了一種可以實時監測不同能量不同功率密度情況下飛秒激光對一般反射鏡的損傷情況的測量裝置及方法，可用于光學鍍膜領域中損傷閾值的測量，并結合干涉測量，從得到的干涉圖像中分析其損傷的物理過程，對飛秒反射鏡損傷閾值的提高方法改進有指導性意義。

本發明的一個目的在于提出一種利用飛秒激光實時測量反射鏡損傷閾值的測量裝置。