專利名稱：診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
〔0001〕 本發(fā)明涉及激光等離子體，特別是一種用于超短強(qiáng)激光與等離子體相互作用中診 斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針。
背景技術(shù)：
〔0002〕 近年來(lái)，隨著啁啾脈沖放大技術(shù)(CPA)的發(fā)展，激光器能產(chǎn)生飛秒量級(jí)的超短強(qiáng) 激光脈沖，激光光強(qiáng)能達(dá)到甚至超過(guò)10 18W/cm2，使超短強(qiáng)激光脈沖與物質(zhì)(氣體、固體和團(tuán) 簇)相互作用成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。超短強(qiáng)激光脈沖與物質(zhì)相互作用時(shí)間非常短，且相 互作用的區(qū)域非常小，因此對(duì)激光與等離子體相互作用的參數(shù)的診斷提出了更高的要求。
〔0003〕 等離子體密度和溫度是等離子體兩個(gè)重要參數(shù)，測(cè)量等離子體密度的方法中最常 用到是用激光干涉法測(cè)量等離子體折射率從而得到等離子體密度。
〔0004〕 在先技術(shù)〔1〕美國(guó)Walkup等人提出了用邁克爾遜干涉儀來(lái)測(cè)量等離子體密 度(詳見(jiàn)Walkup,R.E.,J.M.Jasinski,and R.W.Dreyfus, Studies of Excimer Laser
Ablation of Solids Using a Michelson Interferometer. Applied Physics Letters，
1986.48(24):P.1690-1692.)。它使用Ho-No徹激光作為探針光，利用光電倍增管來(lái)接收信 號(hào)，激光與等離子體相互作用靶室在其中的一個(gè)探測(cè)臂上。該裝置的不足之處有以下三個(gè) 1、探針光源需要另外引入，在器件和光路上比較繁瑣；2、探針光是連續(xù)的，利用泵浦光來(lái)觸 發(fā)探測(cè)器，不能通過(guò)調(diào)節(jié)探針光和泵浦光之間的相對(duì)時(shí)間延時(shí)來(lái)測(cè)量超短強(qiáng)激光脈沖與等 離子體相互作用過(guò)程中等離子體參數(shù)的時(shí)間演化情況；3、探針光穿過(guò)真空靶室，導(dǎo)致探針 光不僅包含等離子體區(qū)域引起的相位差，還包括靶室通光窗口及靶室內(nèi)真空區(qū)域引起的相 位差，引入了額外的測(cè)量誤差。
〔0005〕 在先技術(shù)〔2〕Doyle等人提出了用馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x來(lái)測(cè)量等離子體密
度(詳見(jiàn)Doyle,L.A.,et al.,Three dimensional electron number densities in atitanium PLD plasma using intorforomctry.Iccc transactions on Plasma Scicncc
1999.27(1):P 128-129.)，較先技術(shù)[1]中的裝置有很大的改善。探針光是而丫肌激光 器，先用分束鏡將探針光分成兩束，一束穿過(guò)激光與等離子體相互作用靶室，另一束在空氣 中傳播，然后兩束光匯合干涉后被扣⑶探測(cè)。相比與邁克爾遜干涉，它在原理上基本上是 一樣的，但在結(jié)構(gòu)上更加優(yōu)化，首先，它只是穿過(guò)了真空靶室一次，引入的測(cè)量誤差就會(huì)相 對(duì)較?。黄浯?，在光路的準(zhǔn)直上，馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x比邁克爾遜干涉更容易調(diào)節(jié)。但是與 先技術(shù)〔1〕一樣，它同樣存在探針光另外引入和無(wú)法調(diào)節(jié)探針光的時(shí)間延遲等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
〔0006〕 本發(fā)明的主要目的是為了克服上述在先技術(shù)中存在的問(wèn)題，針對(duì)超短超強(qiáng)激光與 等離子體相互作用的應(yīng)用，提供一種診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針，該裝置應(yīng) 克服在先技術(shù)中探針光的產(chǎn)生復(fù)雜、數(shù)據(jù)誤差和不能調(diào)節(jié)探針光的時(shí)間延時(shí)等缺點(diǎn)，能夠 準(zhǔn)確的測(cè)量相互作用中的等離子體參數(shù)，具有簡(jiǎn)捷性、易操作性、延時(shí)的準(zhǔn)確性、高靈敏度和低成本等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括以置于真空 靶室內(nèi)、離軸拋物鏡焦點(diǎn)上方的靶點(diǎn)為中心，沿光路分為探針光的形成、縮束、延時(shí)調(diào)節(jié)部 分和探針光的擴(kuò)束、相干測(cè)量部分所述的探針光的形成、縮束、延時(shí)調(diào)節(jié)部分包括沿光路前進(jìn)方向依次的激光分束 器、由共焦的第一凸透鏡和凹透鏡構(gòu)成的縮束復(fù)合透鏡組、由第一反射鏡、第二反射鏡、第 三反射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡、第六反射鏡構(gòu)成的延時(shí)臂；所述的探針光的擴(kuò)束、干涉測(cè)量部分中包括沿光路前進(jìn)方向的由共焦的第二凸透 鏡和第三凸透鏡構(gòu)成的擴(kuò)束復(fù)合透鏡組，由半透半反鏡和以該半透半反鏡為中心的三棱 鏡、全反鏡、探測(cè)器構(gòu)成的干涉測(cè)量系統(tǒng)；超短超強(qiáng)激光經(jīng)過(guò)激光分束器被分為透射光束和反射光束，該透射光束為探針 光，反射光束為驅(qū)動(dòng)主激光，該驅(qū)動(dòng)主激光經(jīng)過(guò)第七反射鏡、第八反射鏡反射后由位于靶室 內(nèi)的離軸拋物鏡聚焦到靶點(diǎn)與物質(zhì)相互作用；所述的探針光經(jīng)過(guò)第一凸透鏡和凹透鏡縮 束，再由第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、第四反射鏡、第五反射鏡、第六反射鏡反射 進(jìn)入靶室，穿過(guò)靶點(diǎn)，由第二凸透鏡和第三凸透鏡擴(kuò)束再經(jīng)過(guò)半透半反鏡分成透射探針光 束和反射探針光束，反射探針光束經(jīng)過(guò)三棱鏡倒置后透過(guò)所述的半透半反鏡，所述的透射 探針光束經(jīng)全反鏡反射后再由半透半反鏡反射，最后兩束探針光束相干并由所述的探測(cè)器 記錄，獲得等離子體通道信息。所述的第四反射鏡、第五反射鏡置于一個(gè)電動(dòng)平移臺(tái)上，該電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)方 向與探針光的傳播方向平行，構(gòu)成探測(cè)光延時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述的半透半反鏡與探針光成45度角放置在干涉光路中。所述的三棱鏡是由對(duì)探測(cè)光透明的玻璃制成的等腰直角三棱鏡，底面垂直探針光 傳播方向放置在干涉光路中的，且兩個(gè)直角邊側(cè)面上下放置。所述的探針光垂直于所述的驅(qū)動(dòng)主激光的傳播方向經(jīng)過(guò)所述的靶點(diǎn)后，光束的上 半部分記錄了等離子體通道的信息，下半部分則沒(méi)有記錄等離子體通道的信息，該記錄了 等離子體通道信息的探針光由半透半反鏡分成反射光束和透射光束，所述的反射光束經(jīng)三 棱鏡反射倒置后，變成光束的下半部分記錄等離子體通道信息，上半部分則沒(méi)有；所述的透 射光束經(jīng)過(guò)全反鏡反射后，光束的上下位置沒(méi)有改變，還是由光束的上半部分記錄了等離 子體通道的信息，經(jīng)全反鏡的反射光束與經(jīng)三棱鏡反射的光束分別通過(guò)半透半反鏡相干， 由所述的探測(cè)器記錄，獲得等離子體通道信息。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明與在先技術(shù)的邁克爾遜干涉儀裝置和馬赫_曾德?tīng)柛缮鎯x裝置相比，有以 下特點(diǎn)1、簡(jiǎn)捷性產(chǎn)生主激光和探針光，無(wú)需引入外部光源，只需要一個(gè)激光分束器，就 能獲得與主激光有一定時(shí)間延時(shí)的探針光，相比與在先技術(shù)中的使用一臺(tái)激光器產(chǎn)生探針 光，本發(fā)明很大精簡(jiǎn)。2、易操作性在探測(cè)光路中，探針光是用單光束記錄主激光與物質(zhì)相互作用中等 離子體的信息，然后采用三棱鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)單束光中穿過(guò)等離子體通道的探針光部分和沒(méi)有穿過(guò)等離子體通道的探針光部分的干涉，在光路調(diào)節(jié)上很容易實(shí)現(xiàn)。而在先技術(shù)中，探針光在 進(jìn)入真空靶室前被分成兩束光，在經(jīng)過(guò)真空靶室后再同軸相干，使光路的調(diào)節(jié)比較困難。3、延時(shí)的準(zhǔn)確性主激光和探針光之間的時(shí)間延遲是由控制第四反射鏡、第五反 射鏡運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)平移臺(tái)的位置確定的，其移動(dòng)的精度能達(dá)到微米量級(jí)，所以延遲時(shí)間能精 確到皮秒量級(jí)，而且由于探針光是單光束的，脈寬在飛秒量級(jí)，因此本發(fā)明探針可以診斷等 離子體相互作用過(guò)程中不同時(shí)刻的等離子體的通道形成、等離子體密度等參數(shù)。而在先技 術(shù)中則無(wú)法確定探針光和主激光的絕對(duì)延時(shí)，不能用來(lái)研究等離子體動(dòng)力學(xué)過(guò)程。4、高靈敏度由于在整個(gè)探測(cè)光路中，都只有一束探針光，所以探針光各個(gè)部分相 位差只是由等離子體區(qū)域引起的，干涉測(cè)量的干涉條紋的偏移也就只對(duì)應(yīng)著等離子體區(qū)域 的等離子體密度、寬度等信息，不存在其他部分引起的位相誤差。而在先技術(shù)中探針光分為 了兩束，一束穿過(guò)真空靶室，另一束在空氣中傳播，所以兩束探針光中含有真空靶室、空氣 等部分引起的相位差，這樣就會(huì)使處理出來(lái)的數(shù)據(jù)存在誤差，靈敏度很低。5、本發(fā)明中用縮束復(fù)合透鏡來(lái)提高干涉條紋的亮度，減少散射光對(duì)干涉條紋的影 響；用擴(kuò)束復(fù)合透鏡將等離子體區(qū)域的信息放大，能更加清晰的觀測(cè)到干涉條紋信息。6、低成本由于三棱鏡是由對(duì)激光波段透明的玻璃材料制成的，而且三棱鏡還不 需要鍍膜，所以在光學(xué)元件上的花費(fèi)就相當(dāng)?shù)纳?；同時(shí)探針光的引入中不需要使用額外的 激光器，也大大的減少了開(kāi)支。


圖1為本發(fā)明診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明探針光的光斑和主激光在靶點(diǎn)位置的橫截面的示意3為本發(fā)明三棱鏡對(duì)探針光中包含等離子體信息區(qū)域的位置倒置的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針的結(jié)構(gòu)示 意圖。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針的構(gòu)成是以置于真空靶 室11內(nèi)、離軸拋物鏡20焦點(diǎn)上方的靶點(diǎn)10為中心，包括沿光路分為探針光的形成、縮束、 延時(shí)調(diào)節(jié)部分和探針光的擴(kuò)束、相干測(cè)量部分所述的探針光的形成、縮束、延時(shí)調(diào)節(jié)部分包括沿光路前進(jìn)方向依次的激光分束 器1、由共焦的第一凸透鏡2和凹透鏡3構(gòu)成的縮束復(fù)合透鏡組、由第一反射鏡4、第二反射 鏡5、第三反射鏡6、第四反射鏡7、第五反射鏡8、第六反射鏡9構(gòu)成的延時(shí)臂；所述的探針光的擴(kuò)束、干涉測(cè)量部分中包括沿光路前進(jìn)方向的由共焦的第二凸透 鏡12和第三凸透鏡13構(gòu)成的擴(kuò)束復(fù)合透鏡組，由半透半反鏡14和以該半透半反鏡為中心 的三棱鏡15、全反鏡16、探測(cè)器17構(gòu)成的干涉測(cè)量系統(tǒng)；超短超強(qiáng)激光經(jīng)過(guò)激光分束器1被分為透射光束和反射光束，該透射光束為探針 光，反射光束為驅(qū)動(dòng)主激光，該驅(qū)動(dòng)主激光經(jīng)過(guò)第七反射鏡18、第八反射鏡19反射后由位 于靶室11內(nèi)的離軸拋物鏡20聚焦到靶點(diǎn)10與物質(zhì)相互作用，所述的離軸拋物鏡20使主激光聚焦在靶的正上方，可以更換不同焦距的聚焦器件，只要焦點(diǎn)在靶的正下方就不會(huì)影 響整體的裝置工作。所述的探針光經(jīng)過(guò)第一凸透鏡2和凹透鏡3縮束，再由第一反射鏡4、第二反射鏡 5、第三反射鏡6、第四反射鏡7、第五反射鏡8、第六反射鏡9反射進(jìn)入靶室11，穿過(guò)靶點(diǎn)10， 由第二凸透鏡12和第三凸透鏡13擴(kuò)束再經(jīng)過(guò)半透半反鏡14分成透射探針光束和反射探 針光束，反射探針光束經(jīng)過(guò)三棱鏡15倒置后透過(guò)所述的半透半反鏡14，所述的透射探針光 束經(jīng)全反鏡16反射后再由半透半反鏡14反射，最后兩束探針光束相干并由所述的探測(cè)器 17記錄，獲得等離子體通道信息。所述的第四反射鏡7、第五反射鏡8置于一個(gè)電動(dòng)平移臺(tái)(圖中未示)上，該電動(dòng) 平移臺(tái)的移動(dòng)方向與探針光的傳播方向平行，構(gòu)成探測(cè)光延時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述的半透半反鏡14與探針光成45度角放置在干涉光路中。所述的三棱鏡15是由對(duì)探測(cè)光透明的玻璃制成的等腰直角三棱鏡，底面垂直探 針光傳播方向放置在干涉光路中的，且兩個(gè)直角邊側(cè)面上下放置。所述的探針光經(jīng)第六反射鏡9反射后由真空靶室的窗口進(jìn)入真空靶室11內(nèi)，垂直 于所述的驅(qū)動(dòng)主激光的傳播方向經(jīng)過(guò)所述的靶點(diǎn)10后，光束的上半部分記錄了等離子體 通道的信息，下半部分則沒(méi)有記錄等離子體通道的信息，該記錄了等離子體通道信息的探 針光由半透半反鏡14分成反射光束和透射光束，所述的反射光束經(jīng)三棱鏡15反射倒置后， 變成光束的下半部分記錄等離子體通道信息，上半部分則沒(méi)有；所述的透射光束經(jīng)過(guò)全反 鏡16反射后，光束的上下位置沒(méi)有改變，還是由光束的上半部分記錄了等離子體通道的信 息，經(jīng)全反鏡16的反射光束與經(jīng)三棱鏡15反射的光束分別通過(guò)半透半反鏡14相干，由所 述的探測(cè)器17記錄，獲得等離子體通道信息。為了降低激光能量的損耗，使相互作用過(guò)程中激光的光強(qiáng)更強(qiáng)，要求激光分束器1 的反射率很高，一般要在95%以上。通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)平移臺(tái)改變所述的第四反射鏡7、第五反 射鏡8的位置就能改變探針光光程，致使探針光與主激光之間的時(shí)間延時(shí)改變，可以用來(lái) 探測(cè)不同時(shí)刻的激光與等離子體相互作用過(guò)程。這個(gè)延遲時(shí)間能夠達(dá)到皮秒量級(jí)，可以非 常精確的探測(cè)相互作用過(guò)程中不同時(shí)刻的等離子體參數(shù)。經(jīng)過(guò)反射鏡9反射后，探針光垂 直于激光聚焦傳播的方向進(jìn)入真空靶室的，如圖2所示，是探針光的光斑21和主激光22在 靶點(diǎn)位置的橫截面，主激光在靶點(diǎn)10處聚焦，與團(tuán)簇物質(zhì)相互作用會(huì)形成等離子通道，等 離子體通道就在主激光22聚焦的區(qū)域里面，這樣探針光的上半部分會(huì)穿過(guò)等離子體通道， 而探針光的其他部分則沒(méi)有穿過(guò)等離子體通道，兩個(gè)部分就會(huì)存在相位差，這樣探針光就 記錄了相互作用中等離子體參數(shù)的信息。通過(guò)干涉測(cè)量就可以得到不同時(shí)刻等離子體的通 道形成、等離子體密度等參數(shù)。穿過(guò)等離子體區(qū)域的探針光首先被擴(kuò)束復(fù)合透鏡放大，探針光中記錄的等離子體 通道信息所占的區(qū)域非常小，在微米量級(jí)，將探針光擴(kuò)束能使得探測(cè)器更詳細(xì)、精確的記錄 數(shù)據(jù)。擴(kuò)束復(fù)合透鏡是由共焦的第二凸透鏡12和第三凸透鏡13構(gòu)成的，可以通過(guò)調(diào)節(jié)第 二凸透鏡12和第三凸透鏡13的焦距比來(lái)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。擴(kuò)束后的探針光經(jīng)半透半反鏡14 分成反射探針光束和透射探針光束，反射探針光束向三棱鏡15傳播，透射探針光束向全反 鏡16傳播。三棱鏡15能把反射探針光束的上下位置對(duì)調(diào)，如圖3所示，三棱鏡15的橫截 面27是等腰直角三角形，其底面是垂直探針光傳播方向放置在干涉光路中的，且兩個(gè)直角邊側(cè)面是上下放置的，25是未經(jīng)三棱鏡反射的探針光光束，26是經(jīng)過(guò)三棱鏡反射后的探針 光光束，未經(jīng)三棱鏡反射前，探針光的上半部分23記錄了等離子體通道的相位信息，在經(jīng) 過(guò)三棱鏡的全反射后，該位置被置換到探針光的下半部分24。而經(jīng)過(guò)全反鏡16的透射探針 光束的上下位置則沒(méi)有改變，仍然是探針光的上半部分記錄了等離子體通道的相位信息， 這樣當(dāng)兩束探針光經(jīng)過(guò)半透半反鏡14后干涉時(shí)，由三棱鏡15倒置后的未記錄等離子通道 信息的探針光束上半部分與由全反鏡16反射后記錄等離子通道信息的探針光束上半部分 相干，會(huì)導(dǎo)致干涉條紋的偏移，在探測(cè)器17上就會(huì)記錄干涉條紋的信息，從而得到等離子 體通道、等離子體密度等信息。探測(cè)器17將接收到的信號(hào)引入與計(jì)算機(jī)相連接的CCD中， CCD是由激光來(lái)觸發(fā)的，這樣可以在顯示器上動(dòng)態(tài)的顯示干涉條紋信息。本發(fā)明采用三棱鏡15的全反射效應(yīng)使探針光的上下位置對(duì)調(diào)實(shí)現(xiàn)了穿過(guò)等離子 體通道的探針光部分和沒(méi)有穿過(guò)等離子體通道的探針光部分相干測(cè)量，同時(shí)探針光的各個(gè) 部分在反射過(guò)程中經(jīng)過(guò)的光程相等，不影響探針光各個(gè)部分的相位信息，這ー技術(shù)特征大 大的簡(jiǎn)化了干渉光路，提高了測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性。下面是ー個(gè)具體實(shí)施例的參數(shù)；團(tuán)簇是常溫的甲烷經(jīng)過(guò)錐形噴嘴絕熱膨脹形成的甲烷噴流。激光的參數(shù)是中心 波長(zhǎng)是795納米，光譜半高全寬是22納米，脈沖寬度是60飛秒，激光的最大能量是200毫 焦，光束直徑是50毫米。離軸拋物鏡20的焦點(diǎn)在靶點(diǎn)10，焦距是200毫米。置于真空靶室 11的靶10是由氣閥控制形成的甲烷團(tuán)簇，控制氣閥的脈沖信號(hào)是由激光信號(hào)來(lái)觸發(fā)的。激 光分束器I對(duì)激光的反射率是95%，縮束透鏡組能把探針光的光束直徑縮小為原來(lái)的0. 5 倍?？刂频谒姆瓷溏R7、第五反射鏡8的電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)精度在微米量級(jí)，行程0. 15毫 米在時(shí)間上對(duì)應(yīng)著I皮秒的時(shí)間延遲，需要不同的時(shí)間延時(shí)只要調(diào)節(jié)電動(dòng)平移臺(tái)的位置即 可。擴(kuò)束透鏡組能把探針光擴(kuò)束4倍，把只有幾百微米的等離子體通道擴(kuò)大到毫米量級(jí)，能 在CCD探測(cè)器17上更加清晰的觀測(cè)干涉條紋信息。三棱鏡15的底面要垂直探針光傳播方 向放置在干渉光路中，可以全反射探針光，通過(guò)調(diào)節(jié)全反鏡16的傾角可以調(diào)節(jié)干涉條紋的 寬度。CCD探測(cè)器17用來(lái)接收探針光經(jīng)三棱鏡15和全反鏡16反射后形成的干涉條紋，其 像素的大小是6. 7微米，在CXD探測(cè)器上干渉條紋發(fā)生偏移的區(qū)域?qū)?yīng)著等離子體通道，通 過(guò)干涉條紋的偏移的區(qū)域測(cè)量出等離子體通道的寬度和長(zhǎng)度。干涉條紋的偏移量即干涉條 紋數(shù)=條紋偏移量/相鄰條紋間距，所述的干涉條紋數(shù)由等離子體密度和等離子體通道的 寬度決定的。假設(shè)等離子體通道的橫截面是圓形的，探針光穿過(guò)等離子區(qū)域的長(zhǎng)度也就是其寬 度，由此可以得到等離子體密度，如當(dāng)?shù)入x子體通道直徑D是100微米，干涉條紋數(shù)m為2
時(shí)，對(duì)應(yīng)的等離子體密度
權(quán)利要求
1.ー種診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針，特征在于其構(gòu)成包括以置于真空靶室(11)內(nèi)、離軸拋物鏡(20)焦點(diǎn)上方的靶(10)為中心，沿光路分為探針光的形成、縮束、延時(shí)調(diào)節(jié)部分和探針光的擴(kuò)束、相干測(cè)量部分 所述的探針光的形成、縮束、延時(shí)調(diào)節(jié)部分包括沿光路前進(jìn)方向依次的激光分束器(I)、由共焦的第一凸透鏡(2)和凹透鏡(3)構(gòu)成的縮束復(fù)合透鏡組、由第一反射鏡(4)、第ニ反射鏡(5)、第三反射鏡(6)、第四反射鏡(7)、第五反射鏡(8)、第六反射鏡(9)構(gòu)成的延時(shí)臂； 所述的探針光的擴(kuò)束、干涉測(cè)量部分中包括沿光路前進(jìn)方向的由共焦的第二凸透鏡(12)和第三凸透鏡(13)構(gòu)成的擴(kuò)束復(fù)合透鏡組，由半透半反鏡(14)和以該半透半反鏡為中心的三棱鏡(15)、全反鏡(16)、探測(cè)器(17)構(gòu)成的干涉測(cè)量系統(tǒng)； 超短超強(qiáng)激光經(jīng)過(guò)激光分束器(I)被分為透射光束和反射光束，該透射光束為探針光，反射光束為驅(qū)動(dòng)主激光，該驅(qū)動(dòng)主激光經(jīng)過(guò)第七反射鏡(18)、第八反射鏡(19)反射后由位于靶室(11)內(nèi)的離軸拋物鏡(20)聚焦到靶點(diǎn)(10)與物質(zhì)相互作用；所述的探針光經(jīng)過(guò)第一凸透鏡(2)和凹透鏡(3)縮束，再由第一反射鏡(4)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡(6)、第四反射鏡(7)、第五反射鏡(8)、第六反射鏡(9)反射進(jìn)入靶室(11)，穿過(guò)靶點(diǎn)(10)，由第二凸透鏡(12)和第三凸透鏡(13)擴(kuò)束再經(jīng)過(guò)半透半反鏡(14)分成透射探針光束和反射探針光束，反射探針光束經(jīng)過(guò)三棱鏡(15)倒置后透過(guò)所述的半透半反鏡(14)，所述的透射探針光束經(jīng)全反鏡(16)反射后再由半透半反鏡(14)反射，最后兩束探針光束相干并由所述的探測(cè)器(17)記錄，獲得等離子體通道信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光束飛秒探針，其特征在于所述的第四反射鏡(7)、第五反射鏡(8)置于ー個(gè)電動(dòng)平移臺(tái)上，該電動(dòng)平移臺(tái)的移動(dòng)方向與探針光的傳播方向平行，構(gòu)成探測(cè)光延時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光束飛秒探針，其特征在于所述的半透半反鏡(14)與探針光成45度角放置在干渉光路中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光束飛秒探針，其特征在于所述的三棱鏡(15)是由對(duì)探測(cè)光透明的玻璃制成的等腰直角三棱鏡，底面垂直探針光傳播方向放置在干渉光路中的，且兩個(gè)直角邊側(cè)面上下放置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的單光束飛秒探針，其特征在于所述的探針光垂直于所述的驅(qū)動(dòng)主激光的傳播方向經(jīng)過(guò)所述的靶點(diǎn)(10)后，光束的上半部分記錄了等離子體通道的信息，下半部分則沒(méi)有記錄等離子體通道的信息，該記錄了等離子體通道信息的探針光由半透半反鏡(14)分成反射光束和透射光束，所述的反射光束經(jīng)三棱鏡(15)反射倒置后，變成光束的下半部分記錄等離子體通道信息，上半部分則沒(méi)有；所述的透射光束經(jīng)過(guò)全反鏡(16)反射后，光束的上下位置沒(méi)有改變，還是由光束的上半部分記錄了等離子體通道的信息，經(jīng)全反鏡(16)的反射光束與經(jīng)三棱鏡(15)反射的光束分別通過(guò)半透半反鏡(14)相干，由所述的探測(cè)器(17)記錄，獲得等離子體通道信息。
全文摘要
一種用于超短超強(qiáng)激光與團(tuán)簇相互作用的診斷激光等離子體參數(shù)的單光束飛秒探針，其構(gòu)成是以置于真空靶室內(nèi)、離軸拋物鏡焦點(diǎn)上方的靶點(diǎn)為中心，沿光路分為探針光的形成、縮束、延時(shí)調(diào)節(jié)部分和探針光的擴(kuò)束、相干測(cè)量部分，包括激光分束器、激光縮束系統(tǒng)、光學(xué)延時(shí)系統(tǒng)、激光擴(kuò)束系統(tǒng)和激光干涉測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明具有簡(jiǎn)捷性、易操作性、延時(shí)的準(zhǔn)確性、高靈敏度和低成本等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N9/24GK102661908SQ201210129579
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者劉建勝, 盧海洋, 張輝, 李儒新, 李松, 王成 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所