CN114001820B - 基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置，其中方法包括利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生散射光，然后经过成像透镜系统将产生的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处，采用可见光条纹相机对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。本发明利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生的丁达尔效应，使得激光飞行焦斑本身成为一个发光体，这样成像透镜系统就能从侧面观察飞行焦斑沿传输方向的运动过程，最后利用可见光条纹相机的一维时间分辨和一维空间分辨特性，在单发测量条件下获得飞行焦斑随时间的整体演化过程。
Description
技术领域
本发明涉及激光飞行焦斑诊断技术领域，具体而言，涉及基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置。
背景技术
在高能量密度物理和惯性约束聚变等研究领域，为了获得高峰值功率密度的激光焦斑，需要采用大口径的聚焦透镜或抛物面反射镜对激光束进行聚焦。聚焦光斑在空间位置上一般是固定的，焦斑位置不随时间变化。添加激光焦斑的动力学运动特征，或者说让激光焦斑能够以一定的速度运动起来，产生在厘米级范围内能够快速移动的飞行焦斑，将为相关领域的研究添加一个新的自由度。
飞行焦斑(sliding focus or flying focus)是一个比较新的概念，分别由法国的A.Sainte-Marie团队和美国的Dustin H.Froula团队于2017年和2018年独立提出。激光飞行焦斑的基本特征是：在焦深区域内始终保持聚焦的光斑状态，激光焦斑不仅能够以超光速、亚光速或者负光速移动，还能够以加速移动、减速移动或者振荡移动等。
测量激光飞行焦斑的演化过程，获得飞行焦斑的运动速度和焦斑长度等参数信息，对评价实际形成激光飞行焦斑的技术参数是否符合实验预期设计是至关重要的。
例如，现有测量激光飞行焦斑的技术途径如图4所示，主要由参考光路、测试光路和可见光条纹相机等部分构成。
其中，参考光路主要功能是提供一个时间参考焦斑，其光路如图4中的灰色实线所示，经聚焦透镜后成像到可见光条纹相机的入射狭缝处，该参考焦斑是整个测量系统的一个时间基准，利用该基准可以定量给出不同空间位置的测试焦斑与参考焦斑到达条纹相机的时间差；测试光路通过调节测试透镜的成像位置，选择进行每一次测试时飞行焦斑的测试区域，通过多次测试获得飞行焦斑到达特定测试区域所需的时间，最后通过测试数据重建出飞行焦斑在焦深区域的动态演化过程；其中，可见光条纹相机是一种时间测量设备，可以获得测试焦斑与参考焦斑到达其入射狭缝的时间差，可见光条纹相机的时间测量精度在皮秒水平。
由此可知，现有技术途径需要对激光飞行焦斑在焦深区域的飞行过程进行多次测量。而且，为了获得准确的测试结果，所需的测量次数一般高达成百上千次。
因此，亟需一种切实可行的技术途径，实现飞行焦斑演化过程的单发测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于丁达尔效应的激光飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置，以实现飞行焦斑演化过程的单发测量。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法，利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生散射光，然后经过成像透镜系统将产生的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处，采用可见光条纹相机对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。
进一步地，所述胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机沿X轴方向依次设置。
进一步地，所述胶体材料为固体材料、液体材料或气体材料。
进一步地，所述成像透镜系统产生的是放大的像、缩小的像或等比例的像。
本发明还提供基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量装置，用以实现如上述所述的方法，包括：胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机，所述胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机沿X轴方向依次设置；
所述胶体材料位于成像透镜系统之前，胶体材料用于当激光飞行焦斑穿过时产生散射光并将散射光入射到成像透镜系统表面；
所述成像透镜系统用于令入射到成像透镜系统的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处；
所述可见光条纹相机用于对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本发明不同于背景技术中所需的多发测量和重建获得飞行焦斑演化过程，本发明利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生的丁达尔效应，使得激光飞行焦斑本身成为一个发光体，这样成像透镜系统就能从侧面观察飞行焦斑沿传输方向的运动过程，最后利用可见光条纹相机的一维时间分辨和一维空间分辨特性，在单发测量条件下获得飞行焦斑随时间的整体演化过程。本发明为飞行焦斑演化过程的实验测量提供了另一种切实可行的技术途径，并可以大幅度地减少获得一个完整的飞行焦斑演化过程所需的测量次数，因此，本发明在激光飞行焦斑诊断技术领域具有重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的方法的工作原理示意图；
图2为本发明实施例1提供的激光飞行焦斑的测试情况示意图；
图3为本发明实施例1提供的可见光条纹相机上获得的测量数据；
图4为现有技术测量激光飞行焦斑的技术途径；
图标：1-激光飞行焦斑，2-胶体材料，3-成像透镜系统，4-可见光条纹相机，5-入射狭缝。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法，利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生散射光，然后经过成像透镜系统将产生的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处，所述成像透镜系统产生的是放大的像、缩小的像或等比例的像；
最后，采用可见光条纹相机对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，所述胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机沿X轴方向依次设置；从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。需要说明的是，本实施例利用可见光条纹相机的一维时间分辨和一维空间分辨特性，在单发测量条件下即可获得飞行焦斑随时间的整体演化过程。
值得一提的是，若无胶体材料的存在，激光飞行焦斑在向前传输的过程中不会向侧面发出光线，即无法从侧面观察到飞行焦斑的演化过程。
本实施例对胶体材料并不做具体限制，固体材料、液体材料或气体材料皆可。
为验证本发明的方法，我们进行了数字模拟仿真测试，以下对仿真测试情况进行具体说明。
采用的胶体材料为液体材料，其中选用的透明容器尺寸为10mm×10mm×45mm，容器内放置的胶体材料选用牛奶稀释水溶液；成像透镜系统选用尺寸为Φ100mm的成像透镜，其中，焦距设计为f＝400mm，物距选择为s＝800mm，像距选择为l＝800mm；可见光条纹相机光阴极长度设计为25mm，其时间分辨率设计为5ps。
假设激光飞行焦斑以0.5c的速度从上至下沿Y轴传播，c表示光速，则飞行焦斑的动态演化过程如图2所示。
图2中给出了3个时刻(t1＝-40ps、t2＝0ps和t3＝40ps)的焦斑空间位置，横坐标z为飞行焦斑传输方向，510mm位置为透明容器的几何中心。
激光飞行焦斑从上至下穿过上述设计的胶体材料，通过可见光条纹相机采集到的实验数据如图3所示。
在图3中，横坐标为焦斑所在的空间位置，纵坐标为该空间位置对应的时刻。需要说明的是，由于本实施例选用的胶体材料(透明容器)长度为10mm,，因而可见光条纹相机能够测量到飞行焦斑在505-515mm这10mm的空间范围内的演化情况。
此外，通过计算图像中的斜率即可获得飞行焦斑的运动速度。
本实施例还提供基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量装置，用以实现如上述所述的方法，包括：胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机，所述胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机沿X轴方向依次设置；
所述胶体材料位于成像透镜系统之前，胶体材料用于当激光飞行焦斑穿过时产生散射光并将散射光入射到成像透镜系统表面；
所述成像透镜系统用于令入射到成像透镜系统的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处；
所述可见光条纹相机用于对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。
综上，本发明不同于背景技术中所需的多发测量和重建获得飞行焦斑演化过程，本发明利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生的丁达尔效应，使得激光飞行焦斑本身成为一个发光体，这样成像透镜系统就能从侧面观察飞行焦斑沿传输方向的运动过程，最后利用可见光条纹相机的一维时间分辨和一维空间分辨特性，在单发测量条件下获得飞行焦斑随时间的整体演化过程。本发明为飞行焦斑演化过程的实验测量提供了另一种切实可行的技术途径，并可以大幅度地减少获得一个完整的飞行焦斑演化过程所需的测量次数，因此，本发明在激光飞行焦斑诊断技术领域具有重要的应用前景。
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.基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法，其特征在于，包括：利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生散射光，然后经过成像透镜系统将产生的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处，采用可见光条纹相机对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。
2.如权利要求1所述的基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法，其特征在于，所述胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机沿X轴方向依次设置，所述X轴方向垂直于激光飞行焦斑的传播方向。
3.如权利要求2所述的基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法，其特征在于，所述胶体材料为固体材料、液体材料或气体材料。
4.如权利要求3所述的基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法，其特征在于，所述成像透镜系统产生的是放大的像、缩小的像或等比例的像。
5.基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量装置，用以实现如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，包括：胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机，所述胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机沿X轴方向依次设置，所述X轴方向垂直于激光飞行焦斑的传播方向；
所述胶体材料位于成像透镜系统之前，胶体材料用于当激光飞行焦斑穿过时产生散射光并将散射光入射到成像透镜系统表面；
所述成像透镜系统用于令入射到成像透镜系统的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处；
所述可见光条纹相机用于对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4893089A (en) * | 1988-09-14 | 1990-01-09 | Harris Blake Corporation | Pulse power linac |
| DE19836183A1 (de) * | 1998-08-03 | 1999-03-18 | Gimsa Jan Priv Doz Dr | Verfahren und Vorrichtung zur räumlich (nm) und zeitlich (ms) aufgelösten Verfolgung der Bewegung mikroskopischer und submikroskopischer Objekte in mikroskopischen Volumina |
| WO2011066551A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | Ionwerks, Inc. | Time-of-flight spectrometry and spectroscopy of surfaces |
| CN111673269A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-18 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 基于面型反射镜组的焦斑快速移动调控系统及其调控方法 |
| CN111817114A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-10-23 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于飞行焦点和等离子体波导超短脉冲激光时空压缩方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10197379B2 (en) * | 2015-05-22 | 2019-02-05 | Cornell University | Optical sensing based on measurements of displacements induced by optical forces in viscoelastic media using phase-sensitive optical coherence tomography |
| US10897115B2 (en) * | 2017-09-30 | 2021-01-19 | University Of Rochester | Systems and methods for spatiotemporal control of a laser and applications of same |
-
2021
- 2021-11-02 CN CN202111290352.1A patent/CN114001820B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4893089A (en) * | 1988-09-14 | 1990-01-09 | Harris Blake Corporation | Pulse power linac |
| DE19836183A1 (de) * | 1998-08-03 | 1999-03-18 | Gimsa Jan Priv Doz Dr | Verfahren und Vorrichtung zur räumlich (nm) und zeitlich (ms) aufgelösten Verfolgung der Bewegung mikroskopischer und submikroskopischer Objekte in mikroskopischen Volumina |
| WO2011066551A1 (en) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | Ionwerks, Inc. | Time-of-flight spectrometry and spectroscopy of surfaces |
| CN111673269A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-18 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 基于面型反射镜组的焦斑快速移动调控系统及其调控方法 |
| CN111817114A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-10-23 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于飞行焦点和等离子体波导超短脉冲激光时空压缩方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Spectral Modulator with Flying Focal Spot for Cone-Beam CT: A Feasibility Study;Hewei Gao等;《PROCEEDINGS OF SPIE》;第11312卷;第113121P-1~7页 * |
| 自适应控制飞行光学聚焦特性;赵全忠,程兆谷,高海军;强激光与粒子束(第10期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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