[发明专利]一种延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置及测量方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及激光等离子体，具体涉及一种延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置及测量方法。

 

背景技术

将强激光束聚焦在靶材表面或透明介质中，当聚焦区域的激光功率密度超过一定阈值时，就会形成时间上和空间上变化剧烈的等离子体，并且伴随有冲击波向四周传播。由于激光等离子体具有潜在的广泛应用，很多学者对它的产生和衰变进行了理论和实验研究。在实际应用中，人们往往希望延长等离子体的寿命，因此利用延迟双脉冲激光延长等离子体寿命的研究有着重要意义。

电子密度是激光等离子体的重要参数，近年来对激光等离子体这一方面的研究有了新的进展。对激光等离子体发射谱线的Stark展宽进行分析可以得到不同时刻等离子体电子密度的空间分布。利用干涉法可以获得激光等离子体的时间序列干涉图，通过对干涉图进行处理提取条纹偏移量并利用Abel 逆变换，也可以得到不同时刻等离子体电子密度的空间分布。但目前关于延迟双脉冲激光产生等离子体电子密度的研究尚未见到报道。

 

发明内容

本发明为研究及获得延迟双脉冲激光产生的等离子体电子密度分布，提供了一种利用干涉法对延迟双脉冲激光产生的等离子体进行诊断的测量装置及测量方法。

本发明提供的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，包括激光器、通过倍频晶体和二向色分光镜将激光光束分成基频光光路和倍频光光路的二向色光分离系统、等离子体干涉探测系统和等离子体干涉条纹接收系统，所述等离子体干涉探测系统包括干涉仪和倍频光探测系统，所述基频光光路上设有用于将基频光分成两束光的分光系统，其中，第一光束用于聚焦到干涉仪中的靶材产生等离子体，第二光束用于聚焦到第一光束所产生的等离子体中；所述分光系统包括位于基频光光路上的可旋转的半波片和分光用的偏振分光镜。

所述第二光束的光路上设有由反射镜和透镜组成的延迟光路。

所述第一光束和第二光束聚焦前的夹角不大于5°。

本发明还提供了一种采用权利要求1或2所述的测量装置对延迟双脉冲激光产生等离子体的测量方法，包括下述步骤：

①激光器发出的激光通过倍频晶体和二向色分光镜后将倍频光和基频光分离；

②基频光通过半波片、偏振分光镜后被分为两束，旋转半波片对两束光的能量进行调节，第一光束通过透镜聚焦击穿靶材产生等离子体，第二光束经过延迟光路后通过透镜聚焦作用在等离子体中；

③调节第二光束的延迟时间；

④倍频光通过延迟光路和干涉仪形成携带等离子体折射率信息的干涉条纹，由与电脑相连的CCD接收等离子体干涉条纹并存入电脑硬盘；

⑤根据电脑显示的干涉图使第二光束聚焦后作用在等离子体对称轴上；

⑥调节倍频光的延迟时间进而拍摄不同延迟时间的等离子体干涉图。

本发明通过延迟双脉冲激光击穿靶材产生具有轴对称结构的等离子体，利用干涉法对其进行诊断，得到等离子体的时间序列干涉图，进而得到不同时刻等离子体的电子密度分布和冲击波参数。该测量装置具有对延迟双脉冲激光在靶材表面和透明介质中产生等离子体均可探测的特点且本发明的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，结构简单，制造成本低，实用方便，填补了国内外空白。

 

附图说明

图1为本发明延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置示意图；

图2为利用本发明测量装置拍摄得到的延迟双脉冲激光产生大气等离子体的时间序列干涉图。图中，激光从右向左射入，第一束光能量为30mJ，第二束光能量为25mJ，图的尺寸为1.0                                               1.55mm²。图下为探测光延迟时间，单位为纳秒；

图3为利用本发明测量装置拍摄得到的延迟双脉冲激光产生Al等离子体的时间序列干涉图。图中，激光从右向左射入，第一束光能量为8mJ，第二束光能量为8mJ，图的尺寸为0.910.91mm²。图下为探测光延迟时间，单位为纳秒；

图4为对图2和图3进行处理后得到的等离子体中心区域电子密度。