[发明专利]超强飞秒激光脉冲全参数原位测量系统及测量方法和应用

权利要求书

1.一种超强飞秒激光脉冲全参数原位测量系统，其特征在于，所述原位测量系统包括：皮秒或亚皮秒激光脉冲(1)、分光镜(2)、分离器(5)、激光脉冲压缩单元(8)、第一惰性气体原子(4)和第二气体原子(11)、第一和第二会聚镜(3和10)、光电子能谱仪(12)及光路调整装置；其中，皮秒或亚皮秒激光脉冲(1)经过分光镜(2)后分裂为两束激光；其中一束经过第一会聚镜(3)后直接激发第一惰性气体原子(4)产生前向发射的X-射线；X-射线与激光脉冲经分离器(5)后过滤掉激光，其中的窄带X-射线变成直径很小的光束；分光镜(2)分裂出的另一束激光，进入激光脉冲压缩单元(8)后，变成线性极化的少周期待测的飞秒激光脉冲；经光路调整装置该脉冲与X-射线同轴、共线混合和传输；飞秒激光脉冲经第二会聚镜(10)聚焦，与X-射线共同激发第二气体原子(11)，产生光电子，在激光的极化方向用光电子能谱仪(12)测量其能量分布。

2.如权利要求1所述的原位测量系统，其特征在于，所述光路调整装置包括第一至第三反射镜(6、7和9)，皮秒或亚皮秒激光脉冲(1)经过分光镜(2)后分裂为两束激光；其中一束经过第一会聚镜(3)后直接激发第一惰性气体原子(4)产生前向发射的X-射线；X-射线与激光脉冲经分离器(5)后过滤掉激光，其中的窄带的X-射线经过第一反射镜(6)后变成垂直方向的直径很小的光束；分光镜(2)分裂出的另一束激光，经第二反射镜(7)后进入激光脉冲压缩单元(8)，变成平行方向的线性极化的少周期待测的飞秒激光脉冲；待测量的飞秒激光脉冲在第三反射镜(9)处与X-射线在垂直方向同轴、共线混合和传输。

3.如权利要求1所述的原位测量系统，其特征在于，所述第二气体原子(11)为惰性气体原子或氢原子。

4.一种超强飞秒激光脉冲全参数原位测量方法，其特征在于，原位测量方法，包括以下步骤：1)皮秒或亚皮秒激光脉冲经过分光镜后分裂为两束激光，其中一束经过第一会聚镜后直接激发第一惰性气体原子产生前向发射的高次谐波辐射即X-射线，X-射线与激光脉冲经分离器后过滤掉激光，其中的窄带的X-射线变成直径很小的光束，分光镜分裂出的另一束激光，进入激光脉冲压缩单元，变成线性极化的少周期待测的飞秒激光脉冲，经光路调整装置待测量的飞秒激光脉冲在第三反射镜处与X-射线同轴、共线混合和传输；

2)飞秒激光脉冲经第二会聚镜聚焦，与X-射线共同激发第二气体原子，产生光电子，在激光的极化方向用光电子能谱仪测量其能量分布，得到光电子能谱n(W)；

3)锁定飞秒激光脉冲的载波-包络相位Φ，从测量得到的光电子能谱n(W)中确定三个峰位置W_a、W_b和W_c，用这些峰位置的半高度处的能量值W′_i＝0.5n(W_j)来近似代替光电子能谱的半经典预言值能谱n_c(W)的成峰位置，并计算出光电子的动量偏移值，Δpi≡2W′i-2W0,]]>将它们代入下式计算：

Φ=πln(-Δp1/Δp2)ln(Δp2/Δp3),]]>

从式(1)左边三个数值和计算出飞秒激光脉冲的全参数(I，Φ，τ_L)，即初步解(I，Φ，τ_L)₁，其中，i∈(1，2，3)，j∈(a，b，c)，I为飞秒激光脉冲的强度，Φ为激光脉冲的载波-包络相位，τ_L为激光脉冲时间宽度，U_p为光电子质动能，为激光角频率；

4)以上述初步解(I，Φ，τ_L)₁为输入参数和已知的窄带X-射线的光子能量，用量子力学方法计算出理论的光电子能谱n′(W)，并从这个理论的光电子能谱上确定出三个峰值W_a′、W_b′和W_c′，以及计算出半经典预言值的成峰位置W″₁、W″₂和W″₃，从而计算出与半经典预言值相关的三个比值(ε₁，ε₂，ε₃)₁，其中ε₁＝n′(W″₁)/n′(W_a′)，ε₂＝n′(W″₂)/n′(W_b′)，ε₃＝n′(W″₃)/n′(W_c′)，再根据这些比值，从初始测量得到的光电子能谱n(W)读出半经典预言值n_c(W)的成峰位置W₁、W₂和W₃，并计算出光电子的动量偏移值，将它们代入式(1)再次计算，得到飞秒激光脉冲的全参数的精确解(I，Φ，τ_L)。

5.权利要求4所述的原位测量方法得到的飞秒激光脉冲全参数的高精度数据用于刻度实验系统，评估飞秒激光系统的综合指标的用途。