[發明專利]在線無損檢測極紫外激光脈沖能量及光束空間位置的裝置

在審

• 申請號: 202011130309.4
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112146754A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 俞盛銳;凌彩寧;李萬濤;廖鴻
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42;G01J11/00
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明涉及一種在線無損檢測極紫外激光脈沖能量及光束空間位置的裝置。本發明中的第一電離室和第二電離室均由真空腔室和真空泵組成，真空腔室由真空泵獨立抽真空；第一電離室和第二電離室均安裝有真空計和針閥；第一電離室內還配備電阻溫度計，用于檢測第一電離室內的環境溫度。本發明中的帶電粒子檢測器包括離子約束電極板，加速電極板，分裂電極板，電流計，微型通道電子倍增管以及示波器。本發明對待測激光的脈沖能量及其空間位置信息實現同時在線無損檢測，簡化了檢測的操作流程，兼顧了激光的檢測與使用，使檢測裝置后端的用戶用光效率大為提高，所獲取的待測激光的檢測參數更具時效性和精確性。

技術領域

本發明屬于光學無損檢測技術領域，涉及一種在線無損檢測極紫外激光脈沖能量及光束空間位置的裝置。

背景技術

激光自上世紀六十年代發明以來被廣泛應用于工業制造、醫療衛生、航空航天、國防軍事、科研尖端等鄰域，并極大地推動了前沿交叉學科研究和高技術領域的創新發展。隨著激光技術的不斷發展與突破，新一代光源——自由電子激光器可輸出的激光早已覆蓋至極紫外波段(EUV，10～121nm)。眾所周知，波長在200nm以下的激光極易被空氣中的氧氣強烈吸收，因此自由電子激光器所輸出的極紫外激光必須經光束線(處于高真空或超高真空環境)引入后供用戶使用。由于這一特殊性，用戶在用光過程中無法自行獲取極紫外激光的脈沖能量與光束空間位置這兩個表征激光性能的重要參數信息。

目前，用于激光脈沖能量探測的商用器件主要分為半導體光電二極管探測器與熱電偶探測器，這一類探測器的探測方式均為攔截式探測，且在短波長激光照射下容易發生飽和、降解甚至損壞。針對這一缺陷，基于稀有氣體光電離這一工作原理的短波段激光脈沖能量探測裝置便應運而生，其中最為典型的有光電離光量計與雙電離室。前者主要由光電離室和飛行時間質譜儀組成，待測激光與稀有氣體在相互作用區域內因光電離而產生的離子由飛行時間質譜儀中的微通道板進行探測，然后根據光電離橫截面、電子-原子電離截面等基本的原子常數進行激光能量的標定。該技術雖可實現對極紫外激光脈沖能量的在線無損檢測，但需要利用強度和能量已知的電子束，通過電子-原子電離事先標定光量計。此外，微通道板在測量高強度光子通量產生的離子之時可能發生飽和，甚至損傷。這些因素將導致光電離光量計在檢測極紫外激光脈沖能量之時的復雜性與不確定性。另一種探測裝置——雙電離室的工作氣壓則高達0.1mbar左右，這將對待測的極紫外激光脈沖能量造成一定的損失，無法實現在線無損檢測。此外，由于電離室內氣體的密度較高，光電離后的離子極易發生二次電離而使情況變得尤為復雜。

在激光光束空間位置信息的檢測方面，其中重要的一種測量方法是利用位置敏感的微通道板收集激光光電離產生的帶電粒子，粒子通過轟擊微通道板產生增益放大的電子而被后端的磷光屏捕獲，從而提取保留有初始帶電粒子位置信息的影像，最后用相機采集磷光屏上面的圖像來間接獲取激光光束的空間位置信息，該方法因需要避免高強度帶電粒子對微通道板造成的損傷而對待測激光的能量有一定的限制性，且信號過飽和易使磷光屏采集的影像失真。此外，另一種測量方法是刀口掃描法，它是通過直接利用刀口周期性地截割光束，利用光電探測系統接收透射光而獲取光束橫向位置信息，該方法雖對高能量的激光較為實用，但由于需要進行機械操作，因而人為誤差較大。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種在線無損檢測極紫外激光脈沖能量及光束空間位置的裝置。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

本發明包括第一電離室，第二電離室，帶電粒子檢測器和差分抽系統。

所述第一電離室和第二電離室均由真空腔室和真空泵組成，真空腔室由真空泵獨立抽真空，為檢測極紫外激光脈沖能量及光束空間位置提供高真空環境；第一電離室和第二電離室均安裝有真空計和針閥，其中真空計用于實時測量充有稀薄稀有氣體的電離室內的真空度，針閥用于控制充入電離室的稀有氣體的流量，與真空泵配合以維持電離室內的恒定壓力；第一電離室內還配備電阻溫度計，用于檢測第一電離室內的環境溫度。