[实用新型]一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于高功率激光领域，特别是啁啾脉冲放大系统或光参量啁啾脉冲放大系统中大口径光栅损伤的在线快速测量装置。

背景技术

超短超强激光系统是当前国际上高功率激光领域竞相研究的热点，受到了广大科研人员的青睐。超短超强激光系统可用来研究各种极端条件下的物理现象，如高能密度物理、强场物理、天体物理等。国际上超短超强激光装置包括：美国Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL)的先进透视光源装置、日本大阪大学Institute of Laser Engineering (ILE) 的FIREX装置、美国罗彻斯特大学Laboratory for Laser Energetics (LLE)的Omega EP装置等。国内的超短超强激光装置有：上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室的神光II皮秒拍瓦激光装置、中国工程物理研究院激光聚变中心的星光装置等。

为避免放大过程中的非线性效应和增益介质损伤问题，超短超强激光的产生大都采用啁啾脉冲放大技术或光参量啁啾脉冲放大技术。具体的技术途径为：首先采用展宽器将种子脉冲在时间上展宽为纳秒量级的啁啾脉冲；然后对纳秒脉冲进行放大；最后通过压缩器对放大后的脉冲进行时间压缩，从而获得超短超强脉冲激光。脉冲压缩是获得超短超强激光输出的重要环节，脉冲压缩器一般由两对相互平行的大口径光栅组成，其中，最后一块光栅承载了最高的激光功率，最容易形成激光诱导损伤。压缩器中光栅的损伤势必降低超短超强激光系统的输出能量，更为严重的是，将会对下游的光学元件产生不利的影响甚至引起整个系统的瘫痪。

超短超强激光系统中采用的光栅尺寸为数百毫米级甚至米级。为确保超短超强激光系统安全、有效地运行，对大口径光栅的损伤监测是十分必要和紧迫的。虽然国内外对于光栅的损伤进行了大量的研究，但迄今为止对于光栅的损伤测试大多是在离线条件下对小尺寸样品进行的。目前，国际上仅有美国罗彻斯特大学的Laboratory for Laser Energetics (LLE) 对米级大口径光栅实现了损伤的在线监测（参见Optics Express, 2010, vol. 18, 10423）。主要方法为采用线型高斯光束对光栅表面进行扫描，在某个特定的方向接收散射光形成图像，将条状图像进行拼接处理后获得光栅损伤信息。该测量方法耗时较长，一块米级光栅损伤状态的测量时间需要数十分钟。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种新的用于大口径光栅损伤的在线快速测量装置，本实用新型的监测装置和方法可实现单次测量，无需进行扫描测量，具有测量速度快（达秒量级）、灵敏度高（达百微米量级）等优点。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，该测量装置包括连续激光器、准直透镜、半波片、偏振分束器、第一透镜、第二透镜、大口径光栅、成像系统、数据处理系统，

所述连续激光器发出的线偏振光束通过准直透镜准直为平行光束，所述平行光束经半波片后，以高透过率通过偏振分束器，经偏振分束器后的透射光束依次经过第一透镜、第二透镜构成的扩束系统后将光束口径扩大，扩束后的光束以利特罗角入射到大口径光栅上，所述大口径光栅的衍射光将沿原路返回，依次经过第二透镜、第一透镜缩束后入射到偏振分束器上，偏振分束器的反射光由成像系统接收，所述成像系统与数据处理系统相连接，由数据处理系统对成像系统获得的图像进行分析处理，得出大口径光栅的损伤信息。

所述激光器波长为，大口径光栅的栅距为d，则利特罗角。

所述大口径光栅为介质膜光栅或金属膜光栅，当大口径光栅为介质膜光栅时，平行光束经半波片转变后的线偏振光的偏振方向与大口径光栅的条纹刻线方向相同，所述偏振分束器的消光比为Ts：Tp > 1000：1；当大口径光栅为金属膜光栅时，平行光束经半波片转变后的线偏振光的偏振方向与大口径光栅的条纹刻线方向相垂直，所述偏振分束器的消光比为Tp： Ts > 1000：1。

一种大口径光栅损伤的在线快速测量装置，实现大口径光栅损伤的在线快速测量方法，该方法包括如下步骤：

假定介质膜光栅条纹刻线方向为竖直方向，

第一步，组装完成大口径介质膜光栅损伤的在线快速测量装置；