[发明专利]一种基于激光腔内调制的辐射光探测方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于激光腔内调制的辐射光探测方法及装置，该基于激光腔内调制的辐射‑光探测器，包括至少一个激光谐振腔，激光依次经辐射作用介质和激光腔输出镜后输出；激光进入辐射作用介质时，待测粒子同时进入辐射作用介质对激光的光学性质进行扰动。该基于激光器腔内核辐射调制的辐射‑光脉冲辐射探测器，针对不同辐射粒子该探测器可以实现对电子与质子等带电粒子以及伽马与中子等中性粒子脉冲的测量。突出特点是采用激光内调制方式的技术思路，具有较高的探测效率，探测器输出信号为激光信号(可以直接采用光纤进行远距离传输)等优点。

技术领域

本发明属于辐射探测方法及装置，具体涉及一种可用于于脉冲电子、质子、中子、伽马等电离辐射脉冲强度、时间谱测量的基于激光腔内调制辐射-光探测器。

技术背景

脉冲辐射探测技术是实验核物理学研究领域中一个重要的技术分支。依据不同的工作原理、具备不同的参数性能以及瞄准不同的应用目标，已成功研发出多种不同的新型核辐射探测器。目前常见的辐射探测器主要有径迹型辐射探测器、电信号型辐射探测器以及闪烁探测器等类型。

脉冲辐射粒子(量子)在真空或介质中的时空分布，称为脉冲辐射场，其中时间特征参数是描述脉冲辐射场时间分布的重要参数，具体包括脉冲上升时间与脉冲时间宽度。脉冲强度以及时间谱测量的主流探测器基本都是电流型探测器，主要特点是探测器输出信号为电流信号、信号以同轴电缆传输并配备数字示波器以及电流计等记录设备。

电流型辐射探测器用于时间谱测量的脉冲时间响应在ns量级，脉冲前沿可以到亚ns，难以实现100ps以下辐射脉冲的测量。而聚变过程如惯性约束核聚变过程时间尺度在80-200ps，对探测器的时间响应要求在10ps以下，目前没有任何一种电流型探测器可以实现这一指标。

由于激光脉冲可以采用高带宽的光纤传输，且激光脉冲时间宽度可以通过变像管条纹相机直接进行测量，因此基于激光信号的新型辐射探测技术是近年来研究的热点课题。

美国劳伦斯.利弗莫尔实验室首先提出基于激光方法的辐射-光探测器，并由实验验证系统时间响应小于10ps，完全可以实现超快X射线脉冲的时间谱测量目标。

根据已有的文献资料报道的研究成果，基于激光器件的核辐射探测方法具有以下几个特点：

(1)迄今为止，就可查阅的文献来看，采用激光方法进行核辐射探测都集中在外光路(腔外)，且大多是用于快脉冲的时间谱测量；

(2)基于半导体激光器的辐射探测方法并未涉及激光器件本身的设计，核心探测前端仍是目前主流的电流型探测器；

(3)目前激光方法测量时间谱的测量系统时间响应能力均可小于1ns，响应时间最小的为LLNL实验室提出的基于外光路折射率调制的探测技术，系统响应时间实验结果均小于10ps；

(4)就测量对象来看，主要以脉冲X射线或者脉冲γ射线，很少有用于电子与质子等带电粒子测量的探测方法；

(5)目前最为前沿时间响应也最小的外光路折射率调制方法，其实验方案细节并未公布，晶体的关键设计参数也未知，系统灵敏度比较低，对实验条件及后端记录设备指标要求很高。

从上述特点不难看出，基于激光器件的核辐射探测技术研究需求明确，利于实现超快辐射脉冲时间谱的测量，但目前仅有少数实验室具备系统整体研制能力，基于激光方法需要不断创新思路，关键技术仍需进一步探索研究。

发明内容

本发明提出一种基于激光器腔内核辐射调制的辐射-光脉冲辐射探测器，针对不同辐射粒子该探测器可以实现对电子与质子等带电粒子以及伽马与中子等中性粒子脉冲的测量。突出特点是采用激光内调制方式的技术思路，具有较高的探测效率，探测器输出信号为激光信号(可以直接采用光纤进行远距离传输)等优点。

本发明的解决方案为：