[發明專利]高密度等離子體產生的磁場的測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201711093489.1
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN108037471B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 周楚亮;田野;曾雨珊;白亞鋒;周詩怡;李中鵬;劉建勝
• 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: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種對強激光驅動高密度等離子體產生磁場的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)搭建光路，設置激光器(1)參數：使所述的激光器(1)輸出能量低于毫焦耳的高頻飛秒激光脈沖，沿所述的激光器(1)輸出的飛秒激光脈沖方向依次是快門(19)、分束器(2)，該分束器(2)將飛秒激光脈沖分成兩束，能量高的一束作為主脈沖光，能量低的一束作為探測脈沖光，在所述的主脈沖光方向依次是第三凸透鏡(20)、第四凸透鏡(21)、拋物面反射鏡(3)、真空耙室(7)和固體樣品靶(8)，所述的固體樣品靶(8)放在步進電機(22)控制的多軸位移臺(23)上，該多軸位移臺(23)放在真空耙室(7)中，沿所述的探測脈沖光方向依次是第一平面反射鏡(5)和第二平面反射鏡(6)組成的延遲光路，反射鏡(4)、真空耙室(7)和固體樣品靶(8)，磁場測量裝置放在所述的真空耙室(7)輸出光方向；

2)調節所述的拋物面反射鏡(3)和所述的反射鏡(4)，使探測脈沖光與主脈沖光在所述的真空耙室(7)中的傳播方向垂直，所述的探測脈沖光在主脈沖光的焦點處穿過所述的主脈沖光，通過步進電機(22)驅動所述的多軸位移臺(23)運動，帶動固體樣品靶(8)運動，使固體樣品靶(8)的中心剛好在主脈沖光的焦點處，并且靶面正對主脈沖光，在所述的激光器(1)與所述的快門(19)之間，利用偏振器和光功率計檢測激光器(1)輸出激光的偏振特性，如果不是平面偏振光，則在所述的激光器(1)與快門(19)之間的光路上加一個偏振器，使激光器(1)輸出的光成為平面偏振光，移動第一凸透鏡(9)和第二凸透鏡(10)組成的4f系統，使所述的固體樣品靶(8)在第一CCD相機(14)和第二CCD相機(16)的上成的像清晰；旋轉第一偏振器(13)的角度，使其相對完全消光位置的偏離角度為θ₁，反方向旋轉第二偏振器(15)的角度，使其相對完全消光位置的偏離角度為θ₂，θ₁與θ₂大小相同，方向相反，使所述的固體樣品靶(8)在所述的第一CCD相機(14)和第二CCD相機(16)上的像明亮；調節所述的延遲光路，直至在所述的第一CCD相機(14)和第二CCD相機(16)上觀察到主脈沖光與探測脈沖光形成的干涉條紋，則主脈沖與探測脈沖之間的延遲時間τ為0；關閉真空耙室，抽真空，使真空靶室的壓強降到10^-2帕以下，設置所述的激光器(1)的參數，使輸出激光脈沖能量為毫焦耳量級，激光器輸出光的重復頻率為1Hz,設置快門(19)，使每次僅一個脈沖通過，同一延時下磁場分布已測量的次數記為n，同一延時下磁場分布總測量次數記為N,n初值取為1,N取6-8為宜；

3)擋住所述的主脈沖光，按下快門(19)，單獨讓探測光脈沖進入真空耙室(7)，在所述的第一CCD相機(14)和第二CCD相機(16)記錄探測光的光強分布，第一CCD相機(14)上記錄的光強分布記為I₁⁰，第二CCD相機(16)上記錄的光強分布記為I₂⁰；

4)擋住所述的探測光脈沖，按下快門(19)，單獨讓所述的主脈沖光進入真空耙室(7)打在樣品(8)上，在所述的第一CCD相機(14)上記錄的光強分布記為I₁′，第二CCD相機(16)上記錄的光強分布記為I₂′；

5)記I₁′中最大值與I₁⁰中最大值的比值為q₁，記I₂′中最大值與I₂⁰中最大值的比值為q₂，如果q₁和q₂均介于10³～10⁴之間，則所述的第一偏振器(13)和第二偏振器(15)相對于完全消光位置的偏轉角度合適，進入下一步；如果q₁10⁴或q₂10⁴，減小所述的第一偏振器(13)相對于完全消光位置的偏轉角度θ₁的大小，減小所述的第二偏振器(15)相對于完全消光位置的偏轉角度θ₂的大小，使θ₁與θ₂大小仍保持相同,返回第3)步；如果q₁10³或q₂10³，增大所述的第一偏振器(13)相對于完全消光位置的偏轉角度θ₁的大小，增大所述的第二偏振器(15)相對于完全消光位置的偏轉角度θ₂的大小，使θ₁與θ₂大小仍保持相同,返回第3)步；否則,更換所述的分束器(2),返回第3)步；

6)按下快門(19)，讓所述的探測光與主脈沖光同時進入真空耙室(7)，所述的第一CCD相機(14)上記錄的光強分布記為I₁″，第二CCD相機(16)上記錄的光強分布記為I₂″；

7)分別計算如果r1和r2均在10％以內，則進入下一步，如果r1或r2大于10％，返回第6)步；

8)將(I₁″-I₁′)代替式中的I₁，將(I₂″-I₂′)代替式中的I₂，T₁是所述的偏振分束器(12)的透過率，T₂是所述的偏振分束器(12)的反射率，p₁和p₂是與探測脈沖光的偏振對比度相關的參數，均取1，將θ₁，θ₂代入上式計算出由法拉第旋轉效應導致的探測脈沖光偏振旋轉角再由計算出此延時條件下磁場的分布其中e、m、c和n_c分別是電子電荷、電子質量、光速和臨界密度，n_e是探測光傳播路徑上的電子密度，n_e取0.1n_c，ds是探測光穿過預等離子體路徑l的微元；

9)令n＝n+1,當n小于等于N時，返回第6)步，否則輸出τ延時下磁場的分布進入下一步；

10)調節所述的延遲光路，令τ＝τ+0.1皮秒，如果τ小于3皮秒，返回第6)步，否則結束測量，最終得到激光與高密度等離子體相互作用中的自生磁場隨時間的演化信息。