RU2707397C1 - Способ одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени - Google Patents
Способ одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707397C1 RU2707397C1 RU2019100771A RU2019100771A RU2707397C1 RU 2707397 C1 RU2707397 C1 RU 2707397C1 RU 2019100771 A RU2019100771 A RU 2019100771A RU 2019100771 A RU2019100771 A RU 2019100771A RU 2707397 C1 RU2707397 C1 RU 2707397C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- target
- laser radiation
- radiation
- laser
- pulses
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000013076 target substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- FMYKJLXRRQTBOR-BZSNNMDCSA-N acetylleucyl-leucyl-norleucinal Chemical compound CCCC[C@@H](C=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(C)=O FMYKJLXRRQTBOR-BZSNNMDCSA-N 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Lasers (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптоэлектроники и касается способа одновременного контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени. Способ включает в себя фокусировку пучков лазерного излучения на поверхность плоской мишени, транспортировку отраженного от поверхности мишени излучения к регистратору и контроль пространственно-временных характеристик отраженных импульсов. Регистрацию отраженного излучения осуществляют удаленной единой стрик-камерой. При транспортировке отраженного излучения обеспечивают перестроение целостного изображения поверхности мишени на входную щель стрик-камеры. Транспортировка излучения до перестроения изображения осуществляется в свободном пространстве на существенное расстояние, обеспечивающее исключение влияния на регистратор продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом мишени. Стрик-камера функционирует попеременно в статическом и динамическом режимах. Технический результат заключается в повышении точности измерений и обеспечении одновременной регистрации пространственно-временных характеристик излучения сверхкоротких лазерных импульсов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области оптоэлектроники, в частности к способам контроля характеристик импульсного лазерного излучения при его взаимодействии с веществом мишени, конкретно, к способам контроля пространственно - временных характеристик сверхкоротких (пико- и фемтосекундных) лазерных импульсов с использованием высокоскоростной стрик-камеры.
Изобретение может применяться в многоканальных лазерных установках, где излучение от нескольких лазерных каналов сводится на плоскую мишень, а также в одноканальных лазерных установках, где лазерные импульсы имеют разброс друг относительно друга одновременно и во времени и в пространстве.
Изобретение может быть использовано для проведения исследований в области взаимодействия лазерного излучения с веществом, в т.ч. лазерного термоядерного синтеза, изучения откольных явлений, составления уравнений состояния вещества, и т.п.
Одной из актуальных задач, связанных с исследованиями в области взаимодействия лазерного излучения с веществом, является прецизионное управление процессом падения сверхкоротких лазерных импульсов от одного или нескольких источников на поверхность плоской мишени. Для этого необходимо одновременно и с высокой точностью регистрировать как время прихода каждого импульса к поверхности мишени, так и их взаимное пространственное расположение.
Известен способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени, основанный на использовании высокоскоростной стрик-камеры с субпикосекундным временным разрешением [J. Kuba, R. Shepherd, R. Booth, R. Stewart, E. C. W. Lee, P. Audebert, J. K. Crane, R. R. Cross, P. T. Springer "Sub-picosecond Streak Camera Measurements at LLNL: From IR to X-rays", 2003, LLNL Preprint UCRL-CONF-201645]. Данный способ оптимизирован для использования в качестве источника сверхкоротких лазерных импульсов рентгеновского лазера с длиной волны излучения порядка нескольких десятков нанометров и длительностью импульса порядка единиц пикосекунд. Пучок лазерного излучения фокусируется на поверхности плоской мишени, отражается от нее и попадает в объектив одной стрик-камеры. Стрик-камера работает в динамическом режиме, что позволяет регистрировать временные характеристики лазерного излучения. При этом часть пучка лазерного излучения отбирается делительной пластиной до попадания на мишень и также направляется в объектив стрик-камеры для получения референсных значений регистрируемых величин. Для контроля пространственных характеристик лазерного излучения камера переключается в статический режим.
К недостаткам данного способа можно отнести регистрацию импульсов, отраженных от мишени, в непосредственной близости к ее поверхности, что обусловлено сильной расходимостью рентгеновского излучения. Таким образом, не исключается влияние продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом на средства регистрации (стрик-камеру), что снижает достоверность контроля.
Известен способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени, выбранный в качестве протопипа, основанный на использовании набора высокоскоростных стрик-камер с наносекундным и пикосекундным временным разрешением, а также транспортной оптической системы, доставляющей излучение от мишени к стрик-камерам, находящимся на существенном расстоянии от мишени, посредством гибких световодов [P. Datte, Р. Celliers, D. Kalantar, J. Moody, E. Bond, R. Hibbard, K. Krauter, J. Nelson, A. Warrick "Operational Experience with Optical Streak Cameras at the National Ignition Facility", 2013, Proc. of SPIE vol. 8850]. Лазерное излучение видимого или ближнего инфракрасного диапазона от одного или нескольких источников фокусируется на поверхности плоской мишени, отражается от нее и попадает в коллимационные линзы, установленные на торцах гибких световодов. Лазерное излучение транспортируется через световоды на расстояния до нескольких десятков метров к стрик-камерам, расположенным вне досягаемости продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом. Высокоскоростные стрик-камеры работают либо в статическом режиме для регистрации пространственных характеристик лазерного излучения, либо в динамическом режиме для регистрации временных характеристик лазерного излучения. Полученное изображение поверхности мишени состоит из фрагментов изображений поверхности, полученных с помощью соответствующей стрик-камеры в каждом из каналов регистрации на основе световодов. В отличие от ранее описанного способа контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени, отдельного референсного сигнала не требуется ввиду достаточности регистрируемых данных для интерпретации результатов измерений.
К недостаткам данного способа можно отнести возможные ошибки измерений, связанные с отличием оптических характеристик каждого из световодов, применяемых для транспортировки лазерного излучения к стрик-камерам, и чувствительностью гибких световодов к механическому и тепловому воздействию. Также использование одновременно нескольких стрик-камер для регистрации пространственных и временных параметров лазерного излучения требует наличия дополнительной высокоточной системы синхронизации.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на значительном расстоянии (до нескольких десятков метров) от поверхности плоской мишени через свободное пространство с сохранением возможности одновременной регистрации пространственных и временных характеристик импульсов, падающих на мишень, и высокой точности измерений.
Технический результат заключается в обеспечении высокой точности при одновременной регистрации пространственно-временных характеристик излучения сверхкоротких лазерных импульсов на значительном расстоянии от поверхности плоской мишени через свободное пространство.
Технический результат достижим за счет того, в отличие от известного способа одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени, заключающегося в том, что один или более пучков лазерного излучения фокусируют на поверхность плоской мишени; транспортируют отраженное от поверхности мишени лазерное излучение к регистратору; контролируют пространственно-временные характеристики импульсов лазерного излучения по результатам регистрации отраженного от мишени лазерного излучения с помощью высокоскоростной стрик-камеры в качестве регистратора; при этом обеспечивают исключение влияния продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом мишени на регистратор; в предложенном способе регистрацию отраженного от мишени лазерного излучения обеспечивают посредством удаленной единой стрик - камеры; в процессе транспортировки отраженного от поверхности мишени лазерного излучения перед его регистрацией обеспечивают перестроение целостного изображения поверхности мишени на входную щель выбранной стрик - камеры; при этом транспортировка излучения до осуществления перестроения изображения поверхности мишени обеспечена в свободном пространстве на существенное расстояние; причем высокоскоростная стрик - камера функционирует попеременно в статическом и динамическом режимах, обеспечивая одновременную регистрацию как пространственных, так и временных характеристик сверхкоротких импульсов лазерного излучения.
Кроме того, способ контроля может отличаться тем, что обеспечивают управление пространственно-временными характеристиками импульсов лазерного излучения в соответствии с результатами обработки зарегистрированных данных, что позволит управлять процессом контроля.
Таким образом,
- в качестве регистратора используют единую стрик - камеру, что не требует дополнительной синхронизации, как в случае с несколькими стрик-камерами, которая усложняет процесс регистрации и может оказывать негативное влияние на точность регистрации;
- используют перестроение целостного изображения поверхности мишени на входную щель стрик-камеры, а не ее фрагментов, как в прототипе, что повышает точность регистрации;
- при этом транспортировка излучения, отраженного от поверхности мишени, до стрик-камеры осуществляется в свободном пространстве на существенные расстояния (до нескольких десятков метров), что позволяет избежать влияния продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом на стрик-камеру и тем самым повысить точность регистрации;
- сама стрик-камера выбрана так, что функционирует попеременно в статическом и динамическом режимах, обеспечивая одновременную регистрацию как пространственных, так и временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов в одних и тех же условиях, что опять же повышает точность регистрации.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
На фиг. 1 изображена принципиальная схема контроля и управления пространственно-временными характеристиками сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени при помощи стрик-камеры на примере двух лазерных пучков, реализующая заявляемый способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких лазерных импульсов на поверхности плоской мишени. Здесь 1 - лазерные пучки (пучки лазерного излучения - сверхкороткие импульсы лазерного излучения), 2 - плоская мишень, 3 - система перестроения изображения мишени, 4 - высокоскоростная стрик-камера, 5 - ПЗС-камера, 6 - система обработки информации, 7 - система управления линиями задержки и системами юстировки, 8 - управляемая линия задержки, 9 - управляемая система юстировки.
На фиг. 2 приведены параметры лазерных импульсов, регистрируемые при помощи стрик-камеры на примере двух лазерных пучков. Здесь s1 - расстояние между лазерными пучками, s2 - распределение интенсивностей лазерных пучков на мишени, t1 - временное расстояние между импульсами лазерного излучения в разных пучках, t2 - временное расстояние между импульсами лазерного излучения в одном пучке, t3 - временная форма импульсов лазерного излучения.
Лазерные пучки (или один пучок) 1, состоящие из одного или нескольких импульсов, в частности два, падают на поверхность плоской мишени 2. Отраженное лазерное излучение распространяется в свободном пространстве в направлении системы перестроения изображения 3, которая расположена таким образом, чтобы обеспечить попадание в ее апертуру максимального количества отраженного от мишени излучения. Система перестроения изображения 3, которая может быть реализована в виде набора линз, образующих объектив с требуемыми параметрами перестроения изображения, обеспечивает передачу изображения мишени на входную щель высокоскоростной стрик-камеры 4. Стрик-камера 4 работает в режиме переключения статического и динамического режимов. В статическом режиме изображение покидает камеру практически в неизменном виде с учетом корректировки яркости и контраста посредством электронно-оптического преобразователя камеры. В динамическом режиме стрик-камера развертывает лазерные импульсы во времени в виде хронограммы, которую регистрирует ПЗС-камера 5. ПЗС-камера 5 передает цифровое изображение импульсов, как в неизменном виде, так и развернутых во времени, в систему обработки информации 6. Система обработки информации 6 в зависимости от поставленной задачи передает требуемые сигналы системе управления линиями задержки и системами юстировки 7. Система управления линиями задержки и системами юстировки 7 способна контролировать параметры управляемых линий задержки 8 и управляемых систем юстировки 9. Результатом работы устройства, реализующего способ контроля пространственно-временных характеристик лазерных импульсов, является повышение точности и управление параметрами лазерных пучков, приведенных на фиг. 2: расстоянием между лазерными пучками s1, распределением интенсивностей лазерных пучков на мишени s2 (в статическом режиме работы стрик-камеры), временным расстоянием между импульсами в разных пучках t1, временным расстоянием между импульсами лазерного излучения в одном пучке t2 и временной формой импульсов t3 (в динамическом режиме работы стрик-камеры).
В ходе экспериментальной отработки устройства, реализующего заявляемый способ контроля пространственно-временных характеристик сверхкоротких (фемтосекундных) лазерных импульсов на стендовой базе предприятия-заявителя точность позиционирования пучков в пространстве составила не менее 50 мкм при расстоянии от 0,5 до 10 м от высокоскоростной стрик-камеры до мишени, а разрешение во времени - не хуже, чем 1,1 пс, что существенно превышает значения, приведенные для прототипа.
Claims (2)
1. Способ одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени, заключающийся в том, что один или более пучков лазерного излучения фокусируют на поверхность плоской мишени; транспортируют отраженное от поверхности мишени лазерное излучение к регистратору; контролируют пространственно-временные характеристики импульсов лазерного излучения по результатам регистрации отраженного от мишени лазерного излучения с помощью высокоскоростной стрик-камеры в качестве регистратора; при этом обеспечивают исключение влияния продуктов взаимодействия лазерного излучения с веществом мишени на регистратор; отличающийся тем, что регистрацию отраженного от мишени лазерного излучения обеспечивают посредством удаленной единой стрик-камеры; в процессе транспортировки отраженного от поверхности мишени лазерного излучения перед его регистрацией обеспечивают перестроение целостного изображения поверхности мишени на входную щель выбранной стрик-камеры; при этом транспортировка излучения до осуществления перестроения изображения поверхности мишени обеспечена в свободном пространстве на существенное расстояние; причем высокоскоростная стрик-камера функционирует попеременно в статическом и динамическом режимах, обеспечивая одновременную регистрацию как пространственных, так и временных характеристик сверхкоротких импульсов лазерного излучения.
2. Способ контроля по п. 1, отличающийся тем, что обеспечивают управление пространственно-временными характеристиками импульсов лазерного излучения в соответствии с результатами обработки зарегистрированных данных.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100771A RU2707397C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Способ одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019100771A RU2707397C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Способ одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2707397C1 true RU2707397C1 (ru) | 2019-11-26 |
Family
ID=68653065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019100771A RU2707397C1 (ru) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Способ одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2707397C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5925877A (en) * | 1996-11-13 | 1999-07-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Optical beam spatial pattern recording device |
| US6690001B2 (en) * | 2000-04-06 | 2004-02-10 | Rensselaer Polytechnic Institute | THz pulse measurement with an optical streak camera |
| RU2650854C1 (ru) * | 2016-12-19 | 2018-04-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Устройство для измерения переходных характеристик оптических усилителей |
-
2019
- 2019-01-10 RU RU2019100771A patent/RU2707397C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5925877A (en) * | 1996-11-13 | 1999-07-20 | Hamamatsu Photonics K.K. | Optical beam spatial pattern recording device |
| US6690001B2 (en) * | 2000-04-06 | 2004-02-10 | Rensselaer Polytechnic Institute | THz pulse measurement with an optical streak camera |
| RU2650854C1 (ru) * | 2016-12-19 | 2018-04-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Устройство для измерения переходных характеристик оптических усилителей |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| P. Datte и др. "Operational Experience with Optical Streak Cameras at the National Ignition Facility", Proceedings of SPIE, т. 8850, 2013 г., стр. 88500G-1 - 88500G-13. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2686700B1 (de) | Messvorrichtung zur messung einer entfernung zwischen der messvorrichtung und einem zielobjekt mit hilfe optischer messstrahlung | |
| US20180275274A1 (en) | High resolution lidar using multi-stage multi-phase signal modulation, integration, sampling, and analysis | |
| McCarthy et al. | Long-range time-of-flight scanning sensor based on high-speed time-correlated single-photon counting | |
| US10429496B2 (en) | Hybrid flash LIDAR system | |
| EP2558883B1 (de) | Entfernungsmessgerät mit homogenisierender messauswertung | |
| EP3450915B1 (de) | Totalstation oder theodolit mit scanfunktionalität und einstellbaren empfangsbereichen des empfängers | |
| EP2019973A1 (de) | Distanzmessverfahren und distanzmesser zur erfassung der räumlichen abmessung eines zieles | |
| US20180074196A1 (en) | Hybrid flash lidar system | |
| DE102020114938A1 (de) | Sender- und empfängerkalibrierung in 1d-abtastlidar | |
| WO2011029651A1 (de) | Optischer entfernungsmesser | |
| DE102009045323A1 (de) | Optisches Entfernungsmessgerät mit Kalibrierungseinrichtung | |
| DE102016124594A1 (de) | Verfahren zur Erfassung einer 3D-Szene mittels eines LIDAR-Systems und LIDAR-System hierzu | |
| US9983151B2 (en) | Ultralow-dose, feedback imaging with laser-Compton X-ray and laser-Compton gamma ray sources | |
| DE4129912C1 (ru) | ||
| CN101923161A (zh) | 共光学系统共探测器的微光被动与激光主动复合成像的探测装置和方法 | |
| RU2707397C1 (ru) | Способ одновременного контроля пространственно-временных характеристик одного или нескольких сверхкоротких импульсов лазерного излучения на поверхности плоской мишени | |
| US5034903A (en) | Apparatus and method for measuring the time evolution of carriers propogating within submicron and micron electronic devices | |
| US4791490A (en) | Detector for three-dimensional optical imaging | |
| USRE33865E (en) | Detector for three-dimensional optical imaging | |
| US20230204519A1 (en) | 3d image acquisition system for optical inspection and method for optical inspection of objects, in particular electronic assemblies, electronic boards and the like | |
| Oda et al. | Externally triggered terahertz imaging for microbolometer focal plane array | |
| Donaldson et al. | Co-timing UV and IR laser pulses on the OMEGA EP laser system | |
| RU2452926C1 (ru) | Устройство для прецизионного измерения временных характеристик импульсного оптического излучения | |
| Lumpkin et al. | Initial demonstration of 9-MHz framing camera rates on the FAST drive laser pulse trains | |
| US20230228856A1 (en) | Calibration system for 3d flash lidar imagers |