[发明专利]不同角度超短脉冲在靶点的同步精确控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及超短脉冲同步控制方法领域，具体是一种不同角度超短脉冲在靶点的同步精确控制方法。

背景技术

随着超高功率超短脉冲技术的发展，目前已经能够产生飞秒（10^-15 s），拍瓦(10¹⁵ W)的超短脉冲。超短脉冲技术在物理实验中，如激光快点火，光参量放大和等离子体背向拉曼放大中都得到了广泛的应用。在物理实验中，往往要求多束不同方向的短脉冲同时打靶，对脉冲的同步也提出了非常高的要求，脉冲之间延时要求在1皮秒（10^-12 s）以下。

当前测量短脉冲的同步主要用快速光电二极管，其响应时间为皮秒量级。采用快速光电二极管和高速示波器测量精度极限为10皮秒左右，已经无法满足目前高能物理实验对脉冲同步的要求。另一中比较常用的短脉冲同步测量方法为脉冲的谱相干测量法，其主要原理为通过延时脉冲的谱相干图像获得脉冲的延时信息。通过这种方法可以使得脉冲同步误差控制在1 ps以下。然而，这种方法主要用于同向脉冲延时的测量，对于逆向或者成一定角度的激光脉冲，非常难以实现脉冲之间的谱相干。此外，在物理打靶实验中，需要把激光脉冲进行聚焦，谱相干法也无法测量脉冲在靶点的延时。

所以，当前同步控制技术难以实现不同角度短脉冲在焦点处的同步。

发明内容    本发明的目的是提供一种不同角度超短脉冲在靶点的同步精确控制方法，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

不同角度超短脉冲在靶点的同步精确控制方法，其特征在于：

首先将飞秒主激光通过分光镜进行分束，90%的光通过分光镜聚焦到靶点击穿空气产生等离子体形成等离子体区域，10%的飞秒短脉冲作为诊断光，随后，诊断光经过一个延迟线后通过等离子体区域对等离子体进行成像，利用成像透镜、CCD采集图像，根据等离子体像的有无来判定诊断光与主激光的提前或者落后；

接着调节诊断光的延时，获得有无等离子体构成的状态相反的两幅图像，然后把诊断光的延时调节到两幅图像对应的延时正中间，采集到一副图像，该图像与上一步其状态相反的图像构成新的有无等离子体两幅图像，由于脉冲的延时差总是处于有无等离子体图像对应的延时差之间，重复上述过程可以逐步缩小脉冲之间的延时差，最终可以把诊断光和主激光的同步差控制在百飞秒量级，采用同样的方法可以控制诊断光与其它主激光的同步差。

本发明原理为：当聚焦功率密度达到一定的程度的时候，激光会电离空气产生等离子体。最初的电离方式为多光子电离，电离功率密度约为10¹³ W/cm²,多光子电离时间约为皮秒到纳秒（10^-9 s）之间。进一步提高激光功率密度，会使得空气产生隧穿电离,电离功率密度高于10¹⁵ W/cm²，电离时间为几个激光周期（10 fs左右），此时，可以认为在脉冲通过的瞬间产生等离子体，通过监测等离子体的状态就可以实现对脉冲同步的精确控制。当诊断光通过等离子体区域时，由于等离子体的折射率和空气折射率有一定的差别，在CCD上可以采集到等离子体的像。可以通过CCD上有无等离子体判定诊断光和聚焦激光之间的延时。

本发明能控制不同角度脉冲的延时，并且具有精确度高，操作简单等优点，能把脉冲的同步误差控制在百飞秒量级。

本发明具有以下优点：

1、能实现不同角度多束超短脉冲的同步精确控制，同步精度能控制到飞秒范围内。

2、通过CCD采到等离子体通道的有无来判定和调节脉冲之间的延时，无需另外的数据处理过程，操作实用简单。

3、测量中只要诊断光通过等离子体区域即可，能实现物理实验中脉冲同步的在线控制。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

图2为本发明方法获得的诊断光和飞秒主激光1和7之间延时对应的等离子体图像。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括三个部分：一个部分由飞秒主激光1，45°全反镜3.1-3.3，聚焦透镜,4，聚焦透镜6，主激光7（脉宽为飞秒或者皮秒量级）组成，主要作用是通过透镜把短脉冲1,7聚焦到靶点击穿空气产生等离子体；第二部分由分光镜2，延迟线5，45°全反镜3.4组成。其中分光镜2作用为从飞秒主激光1分出一小部分光作为诊断光，延迟线5则对诊断光产生一个可调节的延时；第三部分由成像透镜8和CCD 9组成,为等离子体的成像系统。