[实用新型]偏振延时汤姆逊散射的测量装置

说明书

本实用新型是关于一种偏振延时汤姆逊散射的测量装置。特别适用于超短超强激光与等离子体相互作用的参数的诊断。

在先技术[1]：美国A.K.Lal等人提供了一种双频率CO₂激光激发等离子体波的小角度汤姆逊散射诊断装置(发表于Phys.Plasmas 4(5)，1443，1997)。它的泵浦光是拍频CO₂激光(波长分别为10.3和10.6微米，全半高脉宽300皮秒，能量70焦耳)，探针光波长0.53微米，全半高脉宽2纳秒，与泵浦光成87°角入射，其时间分辨是靠条纹相机扫描获得，分辨率为10皮秒。此类装置的不足之处有以下三点：1.探针光源需另行引入，在器件及光路上较繁琐；2.其时间分辨受限于条纹相机的分辨率，此装置不适于台式飞秒激光器件，因为飞秒激光在等离子体中激发的等离子体波的驰豫时间在皮秒量级，而分辨率小于皮秒的条纹相机是非常昂贵的；3.此装置要求泵浦光与探针光有一定的夹角，因而不能用于对国际上处于研究热点的激光在受毛细管约束的等离子体中激发等离子体波的过程进行诊断。

在先技术[2]：美国海军研究实验室A.Ting等人基于飞秒激光的相干汤姆逊散射技术较上述装置有了较大改进(发表于Phys.Rev.Lett.77，5377，1996.和Phys.Plasmas 4(5)，1889，1997)。它的激光源参数是：波长1.06微米，脉宽400飞秒，能量1000毫焦耳。首先用一分光板从泵浦光中分出一小部分光作为探针光，此探针光通过磷酸氘钾(KDP)晶体倍频(这样在频谱上就与泵浦光分离)后重新与泵浦光同轴，分别调节两束光的光程即可得到不同的延迟时间。散射光经过一滤色片后进入谱仪。从结构上这一装置精简了许多，它的探针光是泵浦光的一部分，不需要额外的激光光源，其泵浦光与探针光的延时是光路可调的，不需要昂贵的设备，且可进行零角度诊断。但这一装置仍有以下缺陷：1.分光板和KDP晶体会展宽飞秒脉冲，降低聚焦使用(打靶)功率；2.相对于1皮秒延时的光程差为0.3毫米，两光路的微小变化都会改变泵浦光与探针光的时间间隔，并且两光路的绝对光程差不易确定，需要监测系统；3.由于装置上需要使用的离轴抛物面反射镜聚焦焦斑极小，半径小于10微米，将探针光重新与泵浦光调整为同轴并聚焦到如此小的区域上是很困难的；4.散射光光谱的频谱移动正比于探针光波长的平方，对于飞秒脉冲这种宽谱激光源，必须有足够的频移量才有可能在前向获得不被本底光掩盖的散射信号，而KDP晶体对探针光的倍频无疑会使观测散射光信号更加困难。

本实用新型的目的是为克服以上在先技术中的问题，主要是针对激光与等离子体相互作用的应用，提供一种简便易行，无需昂贵元器件的汤姆逊散射测量装置。克服在先技术中产生探针光与调节延时的光路复杂的缺点，进一步提高对微小散射信号的灵敏度，且适于各类激光系统，包括采用啁啾脉冲放大(CPA)和采用光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的超短超强激光系统。

本实用新型的测量装置的结构如图1所示，从功能上可分为两个组成部分。以置于真空靶室4内的靶3为中心，第一部分是从产生双脉冲激光束至置于真空靶室4内的靶3为止的光源部分，包括激光器1和聚焦器件2。其中激光器1内含有激光振荡器101，激光放大器102，扩束压缩器件104；在激光放大器102与扩束压缩器件104之间置有产生双脉冲激光束的双折射晶体103。第二部分是从真空靶室4内的靶3开始至接收器件9为止的收集检测部分，含有：由焦点位于真空靶室4内的靶3上的第一凸透镜5与焦点位于接收器件9上的第二凸透镜7构成的复合透镜。置于第一凸透镜5与第二凸透镜7之间有检偏器6，置于第二凸透镜7与接收器件9之间有滤色片8，以及接收器件9。其中聚焦器件2可以根据不同的实验条件而改变它所包含的光学元件，即反射镜与聚焦镜等，主要的作用是将光源的激光束聚焦在靶3上，所以聚焦器件2的焦点只要位于靶3上，就不影响整体装置的工作。

具体的工作过程如下：