[发明专利]拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法

说明书

一种拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法，该方法包括搭建光学系统和CCD数据采集处理系统，所述的光学系统由平面全反镜、分光镜和聚焦透镜组成，所述的数据处理系统包括CCD探测器和计算机。本发明解决了拍瓦级激光系统在物理实验过程中靶面焦点的精确定位问题，不仅能精确定位，而且操作相对简单。

技术领域

本发明涉及高功率超短脉冲激光系统，特别是一种拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法。

背景技术

拍瓦级高功率激光系统聚焦的目的是实现尽可能高的可聚焦峰值功率密度，因此除了具有飞秒级的输出脉宽之外，物理实验过程中焦点的保持十分重要。另一方面，当激光器功率密度大于10¹²W/cm²时，空气中的气体分子将会被电离成等离子体，造成激光能量不能顺利到达物理实验靶。因此强激光物理实验通常都在真空靶室中进行，激光系统的聚焦和调靶也必须在真空状态下完成。

由于拍瓦激光输出的是宽频光，系统的聚焦一般采用离轴抛物面反射镜来实现，这样不但可以消除色散对焦点的影响，也可以避免由于透射元件引起的脉冲变宽。现有的聚焦调整，通常在非真空状态下，利用小信号激光测出焦点位置，真空状态下，依靠外部的监视系统和离轴抛物面反射镜调整架上的伺服电机或者实验靶架上的伺服电机进行靶上焦点的精确复位。通用的外部监视系统如图2所示，从靶面的两个正交方向利用真空靶室外的光学系统 (图2中的(8)和(9)，另外(5)为离轴抛物面反射镜，(6)为平面靶)，分别监视激光聚焦在靶上的位置和焦距，然后进行真空状态下的焦点复位。

这种方法存在以下几点不足：

(1)由于必须在真空靶室外面监控，光学系统距离靶面太远，而且由于其孔径具有一定的大小，因此光学系统的分辨率通常不能满足要求，而拍瓦级激光系统往往几微米的焦距误差就能造成焦斑相差一倍的大小。

(2)由于光学系统的观测通常在可见光波段，和物理实验的激光波长不同，由于光学系统的色差原因，造成检测到的焦距和实际的激光焦距有所偏差。

(3)由于靶点监视需要两套正交的光学系统，在空间占用和实验操作方面相对复杂。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺点，提供一种拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法，该方法解决了拍瓦级激光系统在物理实验过程中靶面焦点的精确定位问题，不仅能精确定位，而且操作相对简单。

本发明的技术解决方案如下：

一种拍瓦级高功率激光系统靶面焦点精确定位的方法，该方法包括如下步骤：

①搭建光学系统和CCD数据采集处理系统：

所述的光学系统由平面全反镜、分光镜和聚焦透镜组成，所述的分光镜放置在所述的拍瓦级高功率激光系统靶室的入射光路中，该分光镜的反射率R 为0.1，并且具有移进移出功能，移进移出由平移导轨和步进马达实现，所述的平面全反镜和聚焦透镜处于激光光路之外，所述的平面全反镜反射入射的激光实现光束折返，所述的聚焦透镜完成取样光束的聚焦；

所述的数据处理系统包括CCD探测器和计算机，所述的CCD探测器位于所述的聚焦透镜的焦平面，所述的CCD探测器的输出端与所述的计算机的输入端相连，所述的数据处理系统实现数据的采集和处理功能；