[实用新型]光学材料激光诱导冲击波波速的测量装置

说明书

本实用新型提供一种基于双束时间分辨泵浦探测技术的激光诱导光学材料体内冲击波波速的测量装置。光学材料激光诱导冲击波波速的测量装置，包括：激光发生装置：发出双束激光脉冲并控制双束激光脉冲之间的延时量；光学延迟系统：控制两束探测子光束之间的延时量；信号采集分析系统：对冲击波瞬态阴影图像采集和分析。本实用新型建立双束探测成像系统，一路泵浦激光脉冲作用于光学材料并激发诱导冲击波现象，双路探测激光脉冲以一定的时间间隔辐照至激发区域，携带冲击波位置信息的双路探测光分别由探测捕获，通过图像处理算法获得时间间隔内冲击波的位移矢量，进而获得冲击波的瞬态波速。

技术领域

本实用新型属于高速测量技术领域，特别是涉及一种基于时间分辨泵浦探测技术的光学材料激光诱导冲击波波速的精确测量装置。

背景技术

长期以来，光学材料的纳秒激光诱导损伤问题是高功率激光光学材料生产领域的重要问题，与损伤物理机制相关的理论研究能为材料生长工艺改进提供方向指导。大量研究表明，光学材料的纳秒激光诱导体损伤通常与材料自身缺陷相关，这些缺陷包括杂质缺陷、电子缺陷、结构缺陷等多种类型。缺陷诱导损伤的物理机制十分复杂，其中激光诱导冲击波产生于光学材料与激光脉冲作用的中后期，其传播规律对光学材料体损伤的宏观特征形成具有决定性影响。因此，定量测量冲击波波速对光学材料体损伤理论研究具有重要意义。

精确测量激光诱导冲击波波速比较困难，首先因为，受到待测样品尺寸限制相比于冲击波在自由空间的传播，材料内部的冲击波传播距离有限，要求测量系统具有极快速的时间响应能力；其次，对于一些非线性光学材料来说，冲击波在材料体内传播时表现出各向异性的特征，需要对各个不同方向的速率进行逐一测量，这大大增加了测量难度；同时，冲击波动力学特性反映了爆炸内能强度，需要对不同延时量下的冲击波速进行测定，以获得冲击波传播动力学规律。

基于时间分辨泵浦探测技术能够对激光诱导冲击波波速进行测量。有些研究采用单台纳秒激光器来进行泵浦光和探测光复用方式，实现冲击波波速测量，但单台激光器条件下的泵浦光与探测光之间的延迟通常采用光学延迟方式，延迟量十分有限，限制了冲击波这种材料激光损伤中后期物理现象研究。另外，由于纳秒曝光时间过长，高速传播的冲击波波峰会形成一定的拖影，严重影响对位置的准确判断，测量误差较大。为了解决拖影问题，有些研究采用脉冲更短的皮秒或飞秒激光器作为泵浦源和探测光。但皮秒和飞秒激光对材料的作用机制与纳秒激光完全不同，这种替代使得冲击波波速测量结果在纳秒诱导损伤机制研究方面失去了适用性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于双束时间分辨泵浦探测技术的激光诱导光学材料体内冲击波波速的测量装置。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：光学材料激光诱导冲击波波速的测量装置，包括：

激光发生装置：发出双束激光脉冲并控制双束激光脉冲之间的延时量；

光学延迟系统：控制两束探测子光束之间的延时量；

信号采集分析系统：对冲击波瞬态阴影图像采集和分析。

进一步的，所述激光发生装置包括探测激光器、泵浦激光器以及探测激光器和泵浦激光器之间设置的数字延时发生器，所述探测激光器采用皮秒脉冲激光器，用于产生探测待测样品内冲击波波峰面位置的探测光脉冲，所述泵浦激光器采用纳秒脉冲激光器，用于诱导待测样品损伤，产生用于激发光学材料冲击波的泵浦激光脉冲，所述数字延时发生器用于控制泵浦脉冲与探测脉冲之间的延时量。

进一步的，在所述探测激光器与光学延迟系统之间还设置有第一传输反射镜、第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，在所述泵浦激光器的光路后还设置有能量衰减器和第二传输反射镜。