[發明專利]焦斑處超短激光脈沖寬度測量裝置與方法

在審

• 申請號: 202210176495.8
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114544010A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 楊慶偉;朱坪;孫美智;郭愛林;康俊;梁瀟;朱海東;高奇;謝興龍;朱健強
• 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: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00
• 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

一種焦斑處超短激光脈沖寬度測量方法，包括沿光路依次放置的可變光闌，旋轉漸變衰減反射鏡，第二反射鏡，最后通過離軸鏡后進行聚焦，當焦點處的功率密度超過一個固定的閾值，將從焦點開始產生激光成絲現象，成絲后的激光通過一個漫反射板散射。通過成像相機的測量數據可以鎖定該激光成絲狀態；同時通過透鏡收集激光成絲產生的熒光進入光譜儀，通過光譜儀的測量數據也可以鎖定該激光成絲的狀態。由于光束口徑、焦斑大小、產生激光成絲的激光閾值功率密度等都是已知的，這樣測量的超短激光脈沖寬度直接與產生激光成絲時的輸入閾值能量成正比，通過嚴格的標定后，脈沖寬度等于產生激光成絲時的輸入閾值能量乘以標定系數。本發明采用有別于傳統的測量方法，能輕易的測量到打靶中靶點處的脈沖寬度。

技術領域

本發明涉及超短激光脈沖寬度測量方法，包括飛秒激光脈沖寬度測量、皮秒激光脈沖寬度測量和更短激光脈沖寬度測量。

背景技術

超強超短激光裝置中最終物理打靶的壓縮激光脈沖寬度是一項非常重要的技術指標，決定了激光脈沖與物質相互作用時的實時功率和物理實驗效果。超短激光脈沖寬度越短，要求測量到的激光脈沖寬度的準確性更高。

目前測量飛秒和皮秒激光脈沖寬度的方法主要有自相關法(例如專利文獻：CN108760058B、CN107884079A、CN207487831U)、頻率分辨光學開關法FROG (Frequencyresolved optical grating)和自參考光譜相位相干電場重構法SPIDER (self-referencing spectral phase interferometry for direct electric fieldreconstruction)，這些方法都是基于非線性晶體的二階或三階過程，由于測量的信號不可能在非線性晶體中產生飽和的二階或三階信號，即該二階或三階過程實際上處于小信號情況下的非線性放大區，故測量到的二階信號或三階信號受測量激光脈沖強度的影響很大，測量信號的強度可能只有1％-5％的能量波動，但是由此產生的二階信號或三階信號可能就是5倍，10倍，甚至更多倍的差異。這就是為什么在大型高功率超短激光脈沖裝置中同樣能量打靶情況下(能量波動在5％以內)，在線脈寬測量有時候有測量數據，有時候沒有測量數據。由此可見，在大型高功率超短脈沖激光裝置中，超短激光脈沖寬度的單次測量采用以上方法是有缺陷的，從原理上很難保證每次都能測量到數據。

其次，即使能測量到數據，產生的二階和三階信號較大范圍的變化，也會使測量結果產生較大誤差。

最后，目前的二階或三階測量方法實際上為近場測量方法，即測量到的激光脈沖寬度為近場的脈沖寬度，實際需求為靶點處，即遠場處的激光脈沖寬度，這也是目前超短脈沖寬度測量方法難以克服的一個缺陷。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種焦斑處超短脈沖寬度測量方法(包括皮秒、飛秒和更短的脈沖)，該方法基于靶點處超短激光的成絲現象，直接反推出靶點處的脈沖寬度，采用有別于傳統的基于自相關和互相關的超短脈沖寬度測量方法，能輕易的測量到打靶中靶點處的脈沖寬度，同時該方法非常簡單，將復雜的超短脈沖寬度測量變成像測量能量一樣簡單。

本發明的技術解決方案是：

一種焦斑處超短脈沖寬度測量裝置，包括可變光闌、旋轉漸變衰減反射鏡、第二反射鏡、離軸聚焦鏡、漫反射板、成像相機、聚焦透鏡、光譜儀、能量計和計算機。