一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置

本发明涉及测量飞秒激光脉冲的，特别涉及一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置。

背景技术：

1、测量飞秒激光脉冲的时域宽度和结构是超快光学发展以及超快激光脉冲与介质非线性相互作用的研究基础和重要内容。迄今为止，基于不同的原理，已有多种技术被相继提出。常用的技术包括自相关仪、频率分辨光学开关(frog)、光谱相位相干直接电场重构法(spider)等。但所有测量装置内部的光学元件都存在光学损伤阈值，因此所有的测量方法都只能直接测量能量为纳焦耳到微焦耳量级脉冲的时域形状。然而，对于常见飞秒激光系统，其输出脉冲能量在毫焦耳至焦耳量级，聚焦激光强度也很容易超过1014w/cm2，而如此高的激光强度会导致包括气体在内的任何材料发生电离。由于强激光脉冲很容易破坏传统的探测器或设备，导致传统探测设备无法原位测量强激光与气体相互作用时在焦点附近激光脉冲的时域形状以及演变。最近，针对高强度少周期脉冲(10fs)在焦点附近脉冲时域信息的测量，相关人员提出了光电子阈上电离(ati)测量方法。该方案能够实现激光-气体相互作用处脉冲长度的测量。这种方法基于惰性气体(如xe)的ati谱，其依赖于载波包络相位(cep)，并且这种依赖关系随着脉冲长度的增加而减弱。因此，这种方法仅适用于少周期脉冲，并且其需要精密的检测仪器来测量自由电子。因此，在通常情况下只能通过数值模拟来估算强激光脉冲和物质非线性相互作用情况下，焦点附近脉冲的时域信息。

2、现有的测量技术，由于光学元件损伤阈值的存在，仅局限于激光脉冲能量较低情况下时域形状的测量。对于激光等离子体内超高强度的光电场，传统设备和方法无法进行测量。近期提出的ati方法只适用于少周期量级脉冲，对常用的飞秒脉冲并不适用，并且其需要高精度庞大复杂的探测仪器测量自由电子，测量成本很高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，可以突破传统设备在损伤阈值方面的限制，只需要普通的光谱仪来记录光频域信息，方法简单，成本较低，适用性广泛。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，包括：

2、待测组件，该待测组件包括飞秒激光源、设置于飞秒激光源一侧的分束镜、设置于分束镜一侧的反射镜部件、设置于反射镜部件一侧的第一聚焦透镜、设置于第一聚焦透镜一侧的真空部件、设置于真空部件一侧的双色镜、设置于双色镜一侧的窄带滤波片、设置于窄带滤波片一侧的10cm聚焦透镜及光谱仪；探测部件包括反射镜、设置于反射镜一侧的第二聚焦透镜及安装在电控位移台上的延时装置。

3、优选的，所述反射镜部件包括第一反射镜、设置于第一反射镜正下方的第二反射镜、设置于第二反射镜另一侧的第三反射镜、设置于第三反射镜下方的第四反射镜，第四反射镜的一侧设置有第一聚焦透镜。

4、优选的，真空部件包括真空腔，该真空腔内充满有氮气，且该真空腔内设置有等离子体。

5、优选的，双色镜的正上方设置有的挡光板。

6、优选的，飞秒激光源出射的脉冲光束经分束镜后按能量比8：2分成反射光和透射光。

7、一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置的方法，包括以下步骤：

8、s1、飞秒激光1出射的脉冲光束经分束镜2分成反射光和透射光；

9、s2、透射光经过第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜及第四反射镜反射；

10、s3、同时反射光经反射镜反射；

11、s4、步骤s2中透射光与步骤s3中反射光经过反射均进入充满氮气的真空腔10中，均与800nm脉冲在空间重合形成等离子体，并产生增强的400nm二次谐波；

12、s5、通过双色镜反射掉残留的探测光到光学挡板13上，用窄带滤波片滤除杂散光的背景光信号；

13、s6、在等离子体处产生的二次谐波信号经10cm聚焦透镜聚焦耦合进入光纤光谱仪中，利用光谱仪进行测量。

14、本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用气体等离子体中探测脉冲和待测脉冲产生的增强二次谐波效应，可以实现对等离子体内超高强度激光脉冲时域波形的原位表征；利用电控位移平台，可精准调控待测光和探测光重合的时间延迟，从而利用光谱仪精确测量增强二次谐波强度随延时的变化，实现脉宽的互相关测量；该方法基于激光与物质的相互作用，可以应用于各种气体以及各向同性的固体中超高强度激光脉冲的时域波形测量。

技术特征：

1.一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，其特征在于，所述反射镜部件包括第一反射镜(3)、设置于第一反射镜(3)正下方的第二反射镜(4)、设置于第二反射镜(4)另一侧的第三反射镜(5)、设置于第三反射镜(5)下方的第四反射镜(6)，第四反射镜(6)的一侧设置有第一聚焦透镜(9)。

3.如权利要求2所述的一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，其特征在于，真空部件包括真空腔(10)，该真空腔(10)内充满有氮气(11)，且该真空腔(10)内设置有等离子体(12)。

4.如权利要求1所述的一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，其特征在于，双色镜(14)的正上方设置有的挡光板(13)。

5.如权利要求3所述的一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，其特征在于，飞秒激光源(1)出射的脉冲光束经分束镜(2)后按能量比8：2分成反射光和透射光。

6.如权利要求1-5所述的任一的一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种实现超高强度激光脉冲时域波形原位测量的装置，包括：待测组件，该待测组件包括飞秒激光源、设置于飞秒激光源一侧的分束镜、设置于分束镜一侧的反射镜部件、设置于反射镜部件一侧的第一聚焦透镜、设置于第一聚焦透镜一侧的真空部件、设置于真空部件一侧的双色镜、设置于双色镜一侧的窄带滤波片、设置于窄带滤波片一侧的10cm聚焦透镜及光谱仪；探测部件包括反射镜、设置于反射镜一侧的第二聚焦透镜及安装在电控位移台上的延时装置。根据本发明，可以突破传统设备在损伤阈值方面的限制，只需要普通的光谱仪来记录光频域信息，方法简单，成本较低，适用性广泛。

技术研发人员：刘一,卢琦,张翔,刘大伟
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11