[發(fā)明專利]飛秒激光成絲等離子體密度測量裝置和測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811105266.7
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109100262B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 陳錦明;姚金平;儲蔚;劉招祥;許波;萬悅芯;張方波;程亞;徐至展
• 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: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24
• 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

1.一種飛秒激光成絲等離子體密度測量裝置，其特征在于該裝置包括：飛秒激光(1)經過第一分束片(2)，將所述飛秒激光分為泵浦光和探測光，在所述的泵浦光方向依次是第一合束鏡(3)、聚焦透鏡(4)、氣腔(5)、準直透鏡(7)、第一濾波片(8)、第二合束鏡(16)、和頻晶體(17)和光柵光譜儀(18)，

所述的探測光經過第二分束片(9)分為第一探測光(P1)和第二探測光(P2)，在所述的第一探測光(P1)方向依次是第一延時線(10)、倍頻晶體(11)、第二濾波片(12)、縮束系統(tǒng)(13)、第一合束鏡(3)，第一探測光(P1)在第一合束鏡(3)與所述的泵浦光合束后共線入射到所述氣腔(5)中，所述的第一探測光(P1)經所述的準直透鏡(7)、第一濾波片(8)進入第二合束鏡(16)；

沿所述的第二探測光(P2)方向依次是反射鏡(14)、第二延時線(15)、第二合束鏡(16)，所述第二探測光(P2)經所述第二合束鏡(16)與所述的第一探測光(P1)合束后經所述的和頻晶體(17)、光柵光譜儀(18)進行互相關測量；

所述縮束系統(tǒng)(13)由一塊凸透鏡和一塊凹透鏡組合而成，所述第一延時線(10)和第二延時線(15)均是由兩塊反射鏡90°放置并置于可移動平臺上構成；

等離子體通道(6)的側向熒光測量裝置由在等離子體通道側向放置的成像透鏡(19)和光纖光譜儀系統(tǒng)(20)構成，所述的等離子體通道(6)置于所述的成像透鏡(19)一側的兩倍焦距處，所述的光纖光譜儀系統(tǒng)(20)置于成像透鏡(19)另一側兩倍焦距處，組成2f-2f系統(tǒng)，觀測其側向熒光分布，所述光纖光譜儀系統(tǒng)(20)由光纖連接光纖光譜儀主機，將光纖裝于光纖支架，并將光纖支架置于可移動平臺上構成。

2.利用權利要求1所述的飛秒激光成絲等離子體密度測量裝置測量等離子體密度的方法，特征在于該方法包括下列步驟：

①開啟飛秒激光器(1)，調整光路，使所述的飛秒激光(1)在所述的氣腔(5)中成絲，形成等離子體通道(6)；

②調節(jié)所述第一合束鏡(3)及移動所述的第一延時線(10)，通過觀察等離子體衍射效應判斷所述泵浦光和第一探測光在空間和時間上重合；

③移動所述的第二延時線(15)使輸入第二合束鏡(16)的第一探測光(P1)和第二探測光(P2)在時間上重合，再優(yōu)化所述的和頻晶體(17)，使所述的第一探測光(P1)和第二探測光(P2)在和頻晶體(17)滿足最佳相位匹配，此時和頻信號最強，并記錄所述的第二延時線的位置x₁；

④使用第一光學擋板(21)擋住所述泵浦光，重復步驟③，記錄所述的第二延時線的位置x₂，得出等離子體引入的時間差

⑤使用第二光學擋板(22)擋住所述探測光路，將等離子體通道(6)成像于所述光纖光譜儀系統(tǒng)(20)，移動光纖并采集等離子體通道(6)不同位置熒光的強度，得到歸一化的熒光強度分布G(l)；

⑥最后根據步驟④⑤記錄的結果按下式計算出等離子體的密度分布：

其中，n₀為氣體折射率，ω為所述第一探測光(P1)頻率，l₀為等離子體通道長度，c為光速，m_e，e分別為電子的質量和電荷量。