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专利名称：一种延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及激光等离子体，具体涉及一种延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置及测量方法。
背景技术：
将强激光束聚焦在靶材表面或透明介质中，当聚焦区域的激光功率密度超过一定阈值时，就会形成时间上和空间上变化剧烈的等离子体，并且伴随有冲击波向四周传播。由于激光等离子体具有潜在的广泛应用，很多学者对它的产生和衰变进行了理论和实验研究。在实际应用中，人们往往希望延长等离子体的寿命，因此利用延迟双脉冲激光延长等离子体寿命的研究有着重要意义。 电子密度是激光等离子体的重要参数，近年来对激光等离子体这一方面的研究有了新的进展。对激光等离子体发射谱线的Stark展宽进行分析可以得到不同时刻等离子体电子密度的空间分布。利用干涉法可以获得激光等离子体的时间序列干涉图，通过对干涉图进行处理提取条纹偏移量并利用Abel逆变换，也可以得到不同时刻等离子体电子密度的空间分布。但目前关于延迟双脉冲激光产生等离子体电子密度的研究尚未见到报道。

发明内容
本发明为研究及获得延迟双脉冲激光产生的等离子体电子密度分布，提供了一种利用干涉法对延迟双脉冲激光产生的等离子体进行诊断的测量装置及测量方法。本发明提供的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，包括激光器、通过倍频晶体和二向色分光镜将激光光束分成基频光光路和倍频光光路的二向色光分离系统、等离子体干涉探测系统和等离子体干涉条纹接收系统，所述等离子体干涉探测系统包括干涉仪和倍频光探测系统，所述基频光光路上设有用于将基频光分成两束光的分光系统，其中，第一光束用于聚焦到干涉仪中的靶材产生等离子体，第二光束用于聚焦到第一光束所产生的等离子体中；所述分光系统包括位于基频光光路上的可旋转的半波片和分光用的偏振分光镜。所述第二光束的光路上设有由反射镜和透镜组成的延迟光路。所述第一光束和第二光束聚焦前的夹角不大于5°。本发明还提供了一种采用权利要求I或2所述的测量装置对延迟双脉冲激光产生等离子体的测量方法，包括下述步骤
①激光器发出的激光通过倍频晶体和二向色分光镜后将倍频光和基频光分离；
②基频光通过半波片、偏振分光镜后被分为两束，旋转半波片对两束光的能量进行调节，第一光束通过透镜聚焦击穿靶材产生等离子体，第二光束经过延迟光路后通过透镜聚焦作用在等离子体中；
③调节第二光束的延迟时间；
④倍频光通过延迟光路和干涉仪形成携带等离子体折射率信息的干涉条纹，由与电脑相连的CCD接收等离子体干涉条纹并存入电脑硬盘；
⑤根据电脑显示的干涉图使第二光束聚焦后作用在等离子体对称轴上；
⑥调节倍频光的延迟时间进而拍摄不同延迟时间的等离子体干涉图。本发明通过延迟双脉冲激光击穿靶材产生具有轴对称结构的等离子体，利用干涉法对其进行诊断，得到等离子体的时间序列干涉图，进而得到不同时刻等离子体的电子密 度分布和冲击波参数。该测量装置具有对延迟双脉冲激光在靶材表面和透明介质中产生等离子体均可探测的特点且本发明的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，结构简单，制造成本低，实用方便，填补了国内外空白。


图I为本发明延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置示意 图2为利用本发明测量装置拍摄得到的延迟双脉冲激光产生大气等离子体的时间序列干涉图。图中，激光从右向左射入，第一束光能量为30mJ，第二束光能量为25mJ，图的尺寸为I. OX I. 55mm2。图下为探测光
延迟时间，单位为纳秒；
图3为利用本发明测量装置拍摄得到的延迟双脉冲激光产生Al等离子体的时间序列干涉图。图中，激光从右向左射入，第一束光能量为8mJ，第二束光能量为8mJ，图的尺寸为
O.91 X O. 91mm2。图下为探测光延迟时间，单位为纳秒；
图4为对图2和图3进行处理后得到的等离子体中心区域电子密度。图中1、激光器,2、倍频晶体,3、二向色分光镜,4、半波片,5、偏振分光镜，6、7、
8、9、12、13、14、24、16、反射镜，10、15、17、19、21、凸透镜，11、靶材，18、空间滤波器，20、马赫-曾德尔干涉仪，22、干涉滤波片，23、(XD，25、第一光束，26、第二光束，27、倍频光光路，28、基频光光路。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图I所示，本发明提供的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，包括激光器I、通过倍频晶体2和二向色分光镜3将激光光束分成基频光光路28和倍频光光路27的二向色光分离系统、等离子体干涉探测系统和等离子体干涉条纹接收系统，其中，等离子体干涉探测系统包括干涉仪20和倍频光探测系统，且基频光光路28上设有用于将基频光分成两束光的分光系统，其中，第一光束25用于聚焦干涉仪20中的靶材11产生等离子体，第二光束26用于聚焦到第一光束25所产生的等离子体中；分光系统包括位于基频光光路28上的可旋转的半波片4和分光用的偏振分光镜5 ;二向色分光镜3将作用光即基频光和探测光即倍频光分离，半波片4和偏振分光镜5将作用光分为两束，半波片4由可旋转镜架夹持，反射镜6、7、8、9和透镜10组成第二光束的延迟光路，夹持透镜10的镜架固定在三维调节架上，反射镜15、16组成探测光的延迟光路，透镜17、19和空间滤波器18组成空间滤波系统，透镜21、干涉滤波片22和CXD 23组成等离子体干涉条纹接收系统；夹持透镜10的镜架固定在三维调节架上，使用三维调节架可调节透镜10的位置。本发明的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量方法包括下列步骤
①调Q-Nd = YAG激光器I输出波长为1064nm，脉宽为10ns，光束直径为6mm。激光器发
出的激光通过倍频晶体2后二向色分光镜3将倍频光(彳=532nm)和基频光(；=1064nm)分离。 基频光通过半波片4、偏振分光镜5后被分为两束，旋转半波片4片对两束光的 能量进行调节，第一光束通过平凸透镜15聚焦击穿靶材11产生等离子体，第二光束经过延 迟光路后通过平凸透镜10聚焦作用在等离子体中。根据激光束直径，适当选取平凸透镜15和平凸透镜10的焦距，使两束光聚焦前的夹角小于5°。@通过改变反射镜7、8、9的位置调节第二光束的延迟时间，第二光束和第一光束之间的延迟时间为30ns。( )倍频光作为探测光通过延迟光路、空间滤波系统和马赫-曾德尔干涉仪20形
成携带等离子体折射率信息的干涉条纹，由CCD 23接收等离子体干涉条纹，CCD 23与电脑相连以显示拍摄到的干涉图并存入电脑硬盘。 根据电脑显示的干涉图使用三维调节架调节透镜10的位置进而使第二光束聚焦后作用在等离子体对称轴上。翁通过改变反射镜15、16的位置调节倍频光的延迟时间进而拍摄不同延迟时间的等尚子体干涉图。图2是实验获得的延迟双脉冲激光产生大气等离子体的时间序列干涉图，其中第一光束能量为30mJ，第二光束能量为25mJ。图3是实验获得的延迟双脉冲激光产生Al等离子体的时间序列干涉图，其中第一光束能量为8mJ，第二光束能量也为8mJ。等离子体尺寸的确定可以通过对高精度尺子的阴影图的处理获得。探测光延迟时间分别为7，15，25，35，45，60，68，78，88ns。对干涉图进行条纹细化可以提取干涉条纹偏移量。从图2和图3可以看出，激光等离子体具有明显的轴对称结构，利用Abel逆变换，就可以得到等离子体的折射率分布，即
权利要求
1.一种延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，包括激光器、通过倍频晶体和二向色分光镜将激光光束分成基频光光路和倍频光光路的二向色光分离系统、等离子体干涉探测系统和等离子体干涉条纹接收系统，所述等离子体干涉探测系统包括干涉仪和倍频光探测系统，其特征在于所述基频光光路上设有用于将基频光分成两束光的分光系统，其中，第一光束用于聚焦到干涉仪中的靶材产生等离子体，第二光束用于聚焦到第一光束所产生的等离子体中；所述分光系统包括位于基频光光路上的可旋转的半波片和分光用的偏振分光镜。
2.如权利要求I所述的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，其特征在于所述第二光束的光路上设有由反射镜和透镜组成的延迟光路。
3.如权利要求2所述的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，其特征在于所述第一光束和第二光束聚焦前的夹角不大于5°。
4.一种采用权利要求I或2或3所述的测量装置对延迟双脉冲激光产生等离子体的测量方法，其特征在于包括下述步骤 ①激光器发出的激光通过倍频晶体和二向色分光镜后将倍频光和基频光分离； ②基频光通过半波片、偏振分光镜后被分为两束，旋转半波片对两束光的能量进行调节，第一光束通过透镜聚焦击穿靶材产生等离子体，第二光束经过延迟光路后通过透镜聚焦作用在等离子体中； ③调节第二光束的延迟时间； ④倍频光通过延迟光路和干涉仪形成携带等离子体折射率信息的干涉条纹，由与电脑相连的CCD接收等离子体干涉条纹并存入电脑硬盘； ⑤根据电脑显示的干涉图使第二光束聚焦后作用在等离子体对称轴上； ⑥调节倍频光的延迟时间进而拍摄不同延迟时间的等离子体干涉图。
全文摘要
本发明公开了一种延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置及测量方法，该测量装置包括激光器、通过倍频晶体和二向色分光镜将激光光束分成基频光光路和倍频光光路的二向色光分离系统、等离子体干涉探测系统和等离子体干涉条纹接收系统，所述基频光光路上设有用于将基频光分成两束光的分光系统，其中，第一光束用于聚焦到干涉仪中的靶材产生等离子体，第二光束用于聚焦到第一光束所产生的等离子体中。本发明具有对延迟双脉冲激光在靶材表面和透明介质中产生等离子体均可探测的特点且本发明的延迟双脉冲激光产生等离子体的测量装置，结构简单，制造成本低，实用方便，填补了国内外空白。
文档编号G01J9/02GK102680115SQ201210114370
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者刘可, 张树林 申请人:安徽三联事故预防研究所, 安徽三联学院