CN1493857A - 强激光脉冲光强分布测试系统 - Google Patents

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Abstract

一种强激光脉冲光强分布测试系统，其特点是该系统沿光束前进方向依次有会聚透镜、第一劈板、第二劈板、成像透镜、中性衰减片、二维CCD摄象机并固定在一滑板上，该滑板放置在一个精密滑轨上，一计算机的输入端与该二维CCD摄象机的数据输出端相接，所述的第一劈板与激光光束的夹角为45°，第二劈板与第一劈板的反射光束的夹角亦为45°。利用本发明测量系统能够得到光束截面上的光强定量分布和细节。

Description

强激光脉冲光强分布测试系统
技术领域
本发明涉及强激光，特别是一种强激光脉冲光强分布测试系统，能够精确测量强度激光脉冲特别是飞秒激光脉冲在传输过程中的截面光强分布变化情况。
背景技术
在过去三十多年，超短激光脉冲的产生和应用取得了极大的发展。超短高强度激光脉冲在空气中的传输成丝现象引起了科研人员的很大兴趣，高强度飞秒激光脉冲在空气中传输时，由于克尔自聚焦的作用，光束横截面上光强分布向成丝状态演化。当中心波长λ0＝800nm的飞秒激光脉冲在空气中传输时，等离子细丝通道中的光强最大达到1014W/cm2。测量如此高的光强常用的方法有二：一是让光直接打在相纸上，然后根据烧斑来粗略判断光斑的大小，缺点是只能得到定性的判断，不能得到定量的数值和光束内光强分布的细节；二是投影法，用一块毛玻璃基板让磨砂面和光束有一定的夹角，然后用透镜把基板上光束截面光强分布成像到摄象机的CCD面上，得到光束截面光强的投影图像，这种方法比第一种有所改进，但也只能得到光强的相对强度的分布图。参见B.La Fontaine，F.Vidal，Z.Jiang C.Y.Chien，D.Comtois，A.Desparois，T.W.Johnson，J.-C.Kieffer，H.Pépin，and H.P.Mercure，“Filamentation of ultrashort pulse laser beams resulting from their propagationover long distances in air”，Physics of Plasmas，Vol 6，No.5，1615～1621(1999).
发明内容
本发明的目的是为了能够得到高强度飞秒激光脉冲在空气中传输时不同位置处光束截面上的光强定量分布和细节，以研究高强度飞秒激光脉冲在空气中的克尔自聚焦效应和多光子电离产生等离子体细丝通道对光束的散焦效应达到动态平衡的演化过程中的丰富的非线性特性，提供一种强激光脉冲光强分布测试系统。
本发明的技术解决方案是：
一种强激光脉冲光强分布测试系统，其特点是该系统沿光束前进方向依次有会聚透镜、第一劈板、第二劈板、成像透镜、中性衰减片、二维CCD摄象机并固定在一滑板上，该滑板放置在一个精密滑轨上，一计算机的输入端与该二维CCD摄象机的数据输出端相接，所述的第一劈板与激光光束的夹角为45°，第二劈板与第一劈板的反射光束的夹角亦为45°。
所述的成像透镜的焦距f＝10cm，透镜前后面镀0°增透膜，该透镜距离所述的二维CCD摄象机的CCD面为20cm，CCD面到第一劈板之间的距离为40cm。
所述的会聚透镜的前后面都镀0°增透膜。
本发明的优点是：
1、采用劈板可以将激光脉冲的光强降低三个数量级，同时劈板可以分开它前
后表面反射的光束；
2、采用4f成像系统可以等大的得到第一劈板前表面处光束截面上光强的分布
情况；
3、该套测量系统能够得到光束截面上的光强定量分布和细节。
附图说明
图1是本发明强激光脉冲光强分布测量系统实施例的结构示意图
图2飞秒激光脉冲在空气中传输到不同位置处的光束截面上光强的分布的细节
具体实施方式
图1是本发明强激光脉冲光强分布测量系统实施例的结构示意图，本发明强激光脉冲光强分布测试系统，包括会聚透镜1(φ＝50mm，透镜前后面镀800±50nm的0°增透膜，焦距f＝150cm，可为具有各种不同焦距的透镜)，高强度飞秒激光束2(d＝8.0±0.2mm，τ＝50fs，单脉冲能量0.7mJ，峰值功率14GW)，第一劈板3，第二劈板4(直径50mm，中心厚度2mm，前后两个面的夹角为5°，表面平整度＜λ/10，材料K9玻璃)，成像透镜5(φ＝30mm，焦距f＝10cm，透镜前后面镀800±50nm的0°增透膜)，中性衰减片6(在800±50nm衰减程度基本上相同)，二维CCD摄象机7(COHU4812-5000/0000)，计算机8，滑板9(60cm×30cm，滑板9放置在一个精密滑轨上，滑轨长度为150cm)，等离子体细丝通道10。
高强度飞秒激光束2经透镜1(f＝150cm等各种不同焦距)会聚，入射到该测量系统中的第一劈板3上，劈板3前表面的反射的光和入射光夹角90°，经过第二劈板4，同样前表面的反射的光和入射光夹角90°，入射到成像透镜5上，再经过不同衰减程度的衰减片6成像到CCD面上，CCD面到劈板3之间的距离为40cm，透镜5距离CCD面为20cm。本测试系统的各元件要调整到同轴等高，以保证当滑板9在滑轨上沿光束传播方向滑动时，透镜5对劈板3前表面处光强分布所成的像落在CCD面的中心位置，这样就可以抓取光束传播的不同位置处的光强分布情况。
本发明用于测量高强度飞秒激光脉冲截面光强分布，飞秒激光经过一个凸透镜1(f＝150cm等各种不同焦距)在空气中会聚，劈板3的前表面和光束的夹角45°，它的作用是提取光束截面上的光强分布并衰减光强，劈板4进一步衰减光强。透镜5是成像透镜(f＝10cm)距CCD摄象机的像面20cm，劈板3上光束中心位置距透镜5的距离也是20cm。这样光束截面上的光强分布成像到CCD的像面上，CCD上的光强分布由计算机8采集。在这套系统中，劈板3、劈板4、透镜5、中性衰减片6和CCD摄像机7固定在一个导轨上面的滑板9上，导轨的活动范围为1.5米。使用了多块不同衰减程度的中性衰减片，以使光强落到CCD的线性工作区。图2为单脉冲能量为0.7mJ的飞秒激光脉冲在空气中传输到不同位置处(劈板3的前表面距透镜1中心的距离)的截面上光强的分布情况。
图2飞秒激光脉冲在空气中传输到不同位置处的光束截面上光强的分布细节。

Claims (3)

1、一种强激光脉冲光强分布测试系统，其特征是该系统沿光束前进方向依次有会聚透镜(1)、劈板(3)、劈板(4)、成像透镜(5)、中性衰减片(6)、二维CCD摄象机(7)并固定在一滑板(9)上，该滑板(9)放置在一个精密滑轨上，一计算机(8)的输入端与该二维CCD摄象机(7)的数据输出端相接，所述的劈板(3)与激光光束的夹角为45°，劈板(4)与劈板(3)的反射光束的夹角亦为45°。
2、根据权利要求1所述的强激光脉冲光强分布测试系统，其特征是所述的成像透镜(5)的焦距f＝10cm，透镜前后面镀0°增透膜，该透镜(5)距离所述的二维CCD摄象机(7)的CCD面为20cm，CCD面到劈板(3)之间的距离为40cm。
3、根据权利要求1或2所述的强激光脉冲光强分布测试系统，其特征是所述的会聚透镜(1)的前后面都镀0°增透膜。
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