[发明专利]一种高精度强激光功率密度仪及检测方法

权利要求书

1.一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，其特征在于所述高精度强激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空泵、高压电源、正高压电极、负高压电极、第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、铝膜、软X射线光谱仪、软X射线摄像头、电脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真空泵用于维持真空腔内的真空度；所述负高压电极与第一电源线连接，所述正高压电极与第二电源线连接，所述负高压电极与正高压电极之间产生的静电场用于二氧化碳分子的取向定位；所述气体喷嘴内装有二氧化碳分子，可形成二氧化碳喷流；所述待测激光与二氧化碳喷流相互作用产生高次谐波，只透过高次谐波进入X射线光谱仪；所述铝膜用于阻挡残余的待测激光；所述高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线摄像头进行辐射强度的拍摄记录；所述软X射线摄像头与电脑控制线连接，所述电脑控制线与个人电脑连接；所述软X射线光谱仪由球面镜、柱面镜、狭缝和平场X射线光栅组成。

2.根据权利要求1所述一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，其特征在于所述方法如下：

待测激光与取向后的二氧化碳分子相互作用发生电离现象并产生电子波包，而二氧化碳分子内的两个氧原子分别发射的电子波包将会发生双中心干涉并碰撞产生高次谐波辐射现象。这种不同阶次的分子高次谐波辐射强度与激光功率密度密切相关，我们可以从中解析出相互作用时的实时激光功率密度值。这是因为二氧化碳分子的双中心干涉因子可定义为在某个t₀时刻，取向后的高次谐波强度S与无取向的高次谐波强度S₀的比值可表达如下：

其中θ是待测激光的偏振方向与二氧化碳分子轴的夹角，是某个t₀时刻的分子系宗角分布函数，Θ是待测激光的偏振方向与高压静电场方向之间的夹角，n是高次谐波的阶次，R是二氧化碳分子内的两个氧原子之间的核间距，λ_B(n)是产生n次高次谐波对应的电子的德布罗意波，可表达为：

其中h是普朗克常数，m_e是电子的质量，n是高次谐波的阶次，v₀是待测激光的基频，I_p是二氧化碳分子的电离能，δ是外场感应系数(其大小与待测激光功率密度密切相关)。

联合公式(1)和(2)，我们就可以得到高次谐波强度S与外场感应系数δ之间的关联，如图2所示，我们计算得到了不同阶次(21次，25次，27次，29次)的高次谐波强度S随感应系数δ变化的关系，其中虚点线是垂直取向时(Θ＝90°)的高次谐波强度，虚划线是平行取向时(Θ＝0°)的高次谐波强度，我们可以发现，不同阶次的垂直取向线与平行取向线的交叉位置对应着不同的外场感应系数δ，此交叉点可用于定位不同的感应系数值，而外场感应系数δ与待测激光的实时功率密度密切相关。因此，我们可以通过交叉点来定标出待测激光的功率密度。