CN108181711A - 利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法 - Google Patents

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李瑶
刘世炳
刘勋
李维
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Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
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Abstract

本发明公开了一种利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，包括：脉冲激光器产生的超短脉冲激光束经第一分束镜后分成两路能量相同的脉冲激光束；一路脉冲激光束经第一反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在空气中电离气体分子而产生一条光丝；另一路脉冲激光束经第二反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在第一条光丝的空间位置产生另一条光丝；此路激光在传输过程中，通过计算机改变此路激光的时间延迟或光程差，使两路激光独立产生的光丝在时域上实现无间歇的延续；利用脉冲激光器触发信号控制的瞬态光谱仪测量光丝发射的击穿光谱驰豫，诊断光丝的时域寿命。本发明通过改变两路光束的时间延迟或光程差，实现光丝时域寿命的延长。

Description

利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法
技术领域
本发明涉及激光超快应用技术领域，尤其涉及一种利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法。
背景技术
随着20世纪80年代，飞秒激光出现并迅速发展，飞秒激光极短的脉宽与超强的功率密度使得其在与物质相互作用时，能够以极快的速度将其全部能量注入到很小的作用区，瞬间内的高能量密度沉积将使电子的吸收和运动方式发生变化，避免了激光线性吸收、能量转移和扩散等的影响，从而在根本上改变了激光与物质相互作用的机制，同时，由于固态物质内部微观运动或过程的特征时间大多都在飞秒至皮秒量级，这就使得人们有可能采用这种极端时域光场对物质的超快相互作用来有效控制或支配物质内部的微观过程和物质分子的结构变化，从而获取更多的物质信息。因此，超短脉冲激光技术已成为人们探索物质世界新的规律与现象的重要工具和手段，获得了众多领域的青睐。
本发明中所述的激光成丝是当超短脉冲激光经过特殊的光路装置后，激光的聚焦点会沿光轴排列成一段线，称其为焦线。当焦线的聚焦强度高于大气分子或原子的电离阈值时，大气被击穿电离而形成等离子体，这种等离子体发出的光就称之为激光光丝，亦称光丝等离子体或等离子体通道。激光成丝在大气遥感、污染物检测、THz及谐波产生、空气波导等领域具有重要的学术价值和应用潜力，研究者在理论、实验和应用方面进行了深入的研究，获得了相应的研究结果。
在实际应用中，由于在探测过程中，探测器接收到的光谱信息受散射光子信号的强度、偏振、角分布等因素的影响，信号光强度十分有限，激光光丝通过电离激发的光谱信号强度，取决于光丝的发光强度，而光丝发光强度则依赖于光丝的空域长度和时域寿命。因此，要能准确有效地从现场实时检测到物质的信息，延迟光丝长度和寿命是项目研究的关键科学与技术问题。现有的研究主要集中于光丝长度的延长，而对光丝寿命的提高则关注较少，这极大地限制了激光对物质光谱的探测能力。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法。
为实现上述目的，本发明提供一种利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，包括：
步骤1、脉冲激光器产生的超短脉冲激光束经第一分束镜后分成两路能量相同的脉冲激光束；
步骤2、一路脉冲激光束经第一反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在空气中电离气体分子而产生一条光丝，同时发射击穿光谱，击穿光谱驰豫的时间即为光丝的寿命；
步骤3、另一路脉冲激光束经第二反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在第一条光丝的空间位置产生另一条光丝；
此路激光在传输过程中，通过计算机改变此路激光的时间延迟或光程差，使两路激光独立产生的光丝在时域上实现无间歇的延续；
步骤4、利用脉冲激光器触发信号控制的瞬态光谱仪测量光丝发射的击穿光谱驰豫，诊断光丝的时域寿命。
作为本发明的进一步改进，所述第一反射镜组为一个反射镜或多个反射镜的组合。
作为本发明的进一步改进，所述第二反射镜组为多个反射镜的组合。
作为本发明的进一步改进，所述第二反射镜组的两个反射镜安装在一个可调节的运动平台上，构成时间延迟线；所述计算机与所述时间延迟线相连，通过计算机控制时间延迟线改变此路激光的时间延迟或光程差。
作为本发明的进一步改进，所述瞬态光谱仪和时间延迟线均由脉冲激光器产生的触发信号控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过改变两路光束的时间延迟或光程差，使两光束独立产生的光丝在时域上实现无间歇地延续，从而实现光丝时域寿命的延长；其对于提高激光光丝的长度与寿命，提高远程检测及复杂环境的探测监控能力将发挥重要的作用。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的实现延长光丝寿命方法的装置框架图；
图2为本发明一种实施例公开的利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法的流程图。
图中：
1、脉冲激光器；2、第一分束镜；3、第一反射镜组；4、第二反射镜组；5、第二分束镜；6、聚焦镜；7、时间延迟线；8、计算机；9、瞬态光谱仪。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，即一种利用时间延迟的双光束光谱驰豫效应延长激光光丝时域寿命的方法，其基于延长光丝寿命的装置来实现。
如图1所示，本发明延长光丝寿命的装置，包括：脉冲激光器1、第一分束镜2、第一反射镜组3、第二反射镜组4、第二分束镜5、聚焦镜6、时间延迟线7、计算机8和瞬态光谱仪9；其中：
脉冲激光器1与第一分束镜2相连，脉冲激光器1产生的超短脉冲激光束经第一分束镜2后分成两路能量相同的脉冲激光束，一路脉冲激光束依次经第一反射镜组3、第二分束镜5、聚焦镜6，第一反射镜组包括为两个反射镜的组合，一路脉冲激光束经第一反射镜组3、第二分束镜5、聚焦镜6后，在空气中电离气体分子而产生一条光丝，同时发射击穿光谱，击穿光谱驰豫的时间即为光丝的寿命。另一路脉冲激光束依次经第二反射镜组4、第二分束镜5、聚焦镜6，在第一条光丝的空间位置产生另一条光丝；第二反射镜组4包括四个反射镜组合，同时也可采用其它数量的反射镜；第二反射镜组4的两个反射镜安装在一个可调节的运动平台上，构成时间延迟线7；时间延迟线7是将两个全反镜按一定角度安装在一个可调节的运动平台上的光路装置；其作用是：分束镜将一个激光脉冲劈裂成两个脉冲后，通过时间延迟线使两个脉冲在传输中产生可调的时间延迟。计算机8与时间延迟线7相连，通过计算机8控制时间延迟线7改变此路激光的时间延迟或光程差。利用脉冲激光器1触发信号控制的具有超快时间分辨能力的瞬态光谱仪9测量光丝发射的击穿光谱驰豫，诊断光丝的时域寿命，瞬态光谱仪9连接在计算机8上。
进一步，瞬态光谱仪9和时间延迟线7均由脉冲激光器1产生的触发信号控制。
如图2所示，本发明提供一种利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，该方法借助双光路延迟后续激光注入的技术方案对光丝寿命进行延长与调控，主路激光经聚焦镜在空气中形成光丝，经设定延迟后，后续激光沿着光丝传输。调整主路激光与后续激光之间的延迟及后续激光的能量，探测光丝激光寿命变化，实现有效调控。具体包括：
S1、脉冲激光器产生的超短脉冲激光束经第一分束镜后分成两路能量相同的脉冲激光束；
S2、一路脉冲激光束经第一反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在空气中电离气体分子而产生一条光丝，同时发射击穿光谱，击穿光谱驰豫的时间即为光丝的寿命；
S3、另一路脉冲激光束经第二反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在第一条光丝的空间位置产生另一条光丝；
此路激光在传输过程中，通过计算机改变此路激光的时间延迟或光程差，使两路激光独立产生的光丝在时域上实现无间歇的延续；
S4、利用脉冲激光器触发信号控制的瞬态光谱仪测量光丝发射的击穿光谱驰豫，诊断光丝的时域寿命。
本发明通过改变两路光束的时间延迟或光程差，使两光束独立产生的光丝在时域上实现无间歇地延续，从而实现光丝时域寿命的延长；其对于提高激光光丝的长度与寿命，提高远程检测及复杂环境的探测监控能力将发挥重要的作用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，其特征在于，包括：
步骤1、脉冲激光器产生的超短脉冲激光束经第一分束镜后分成两路能量相同的脉冲激光束；
步骤2、一路脉冲激光束经第一反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在空气中电离气体分子而产生一条光丝，同时发射击穿光谱，击穿光谱驰豫的时间即为光丝的寿命；
步骤3、另一路脉冲激光束经第二反射镜组、第二分束镜、聚焦镜后，在第一条光丝的空间位置产生另一条光丝；
此路激光在传输过程中，通过计算机改变此路激光的时间延迟或光程差，使两路激光独立产生的光丝在时域上实现无间歇的延续；
步骤4、利用脉冲激光器触发信号控制的瞬态光谱仪测量光丝发射的击穿光谱驰豫，诊断光丝的时域寿命。
2.如权利要求1所述的利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，其特征在于，所述第一反射镜组为一个反射镜或多个反射镜的组合。
3.如权利要求1所述的利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，其特征在于，所述第二反射镜组为多个反射镜的组合。
4.如权利要求3所述的利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，其特征在于，所述第二反射镜组的两个反射镜安装在一个可调节的运动平台上，构成时间延迟线；所述计算机与所述时间延迟线相连，通过计算机控制时间延迟线改变此路激光的时间延迟或光程差。
5.如权利要求4所述的利用激光双光束击穿光谱驰豫效应延长光丝寿命的方法，其特征在于，所述瞬态光谱仪和时间延迟线均由脉冲激光器产生的触发信号控制。
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