一種高精度強激光功率密度儀及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于檢測設備技術領域，尤其涉及一種高精度強激光功率密度儀及檢測方 法。
【背景技術】
[0002] 由于傳統的激光功率密度測量儀器探頭多為半導體或晶體等固態探頭，導致該類 探頭無法承受激光功率密度超過IX1013W/cm2的強激光輻射，否則儀器探頭將會被燒灼損 壞。然而本發明則是利用取向后的二氧化碳分子與匯聚后的強激光相互作用來測量和定位 10 14W/cm2附近的強激光功率密度，這是由于二氧化碳分子在激光強場下發生電離和高次諧 波輻射所需的激光功率密度為l〇14W/cm2。此外，二氧化碳分子內兩個氧原子在強激光場下 分別發射的電子波包將會發生雙中心干涉并碰撞產生高次諧波輻射，然后利用X射線光譜 儀和X射線攝像頭測量不同階次的高次諧波輻射強度即可有效推導出發生相互作用時的 實時激光功率密度。
【發明內容】
[0003] 本發明主要是解決上述現有技術所存在的技術問題，提供一種高精度強激光功率 密度儀及檢測方法，利用了二氧化碳分子在強激光場下受激發射電子波包過程中的雙中心 干涉現象來精確測量和定位l〇14W/cm2附近的強激光功率密度，具有精度高、定位準等特點。
[0004] 本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種高精度強激光 功率密度儀及檢測方法，所述高精度強激光功率密度儀包括進光窗口、真空腔、真空栗、高 壓電源、正高壓電極、負高壓電極、第一電源線、第二電源線、氣體噴嘴、高次諧波、錯膜、軟X 射線光譜儀、軟X射線攝像頭、電腦控制線、個人電腦及待測激光；所述真空栗用于維持真 空腔內的真空度；所述負高壓電極與第一電源線連接，所述正高壓電極與第二電源線連接， 所述負高壓電極與正高壓電極之間產生的靜電場用于二氧化碳分子的取向定位；所述氣體 噴嘴內裝有二氧化碳分子，可形成二氧化碳噴流；所述待測激光與二氧化碳噴流相互作用 產生高次諧波，只透過高次諧波進入X射線光譜儀；所述鋁膜用于阻擋殘余的待測激光；所 述高次諧波通過X射線光譜儀進行光譜衍射分辨并通過X射線攝像頭進行輻射強度的拍攝 記錄；所述軟X射線攝像頭與電腦控制線連接，所述電腦控制線與個人電腦連接；所述軟X 射線光譜儀由球面鏡、柱面鏡、狹縫和平場X射線光柵組成。
[0005] 所述方法如下：
[0006] 待測激光與取向后的二氧化碳分子相互作用發生電離現象并產生電子波包，而二 氧化碳分子內的兩個氧原子分別發射的電子波包將會發生雙中心干涉并碰撞產生高次諧 波輻射現象。這種不同階次的分子高次諧波輻射強度與激光功率密度密切相關，我們可以 從中解析出相互作用時的實時激光功率密度值。這是因為二氧化碳分子的雙中心干涉因子
，在某個t。時刻，取向后的高次諧波強度S與無取向的高次諧 波強度S。的比值可表達如下：
[0007]
[0008] 其中9是待測激光的偏振方向與二氧化碳分子軸的夾角，,心)是某個t。時 刻的分子系宗角分布函數，?是待測激光的偏振方向與高壓靜電場方向之間的夾角，n是 高次諧波的階次，R是二氧化碳分子內的兩個氧原子之間的核間距，XB(n)是產生n次高次 諧波對應的電子的德布羅意波，可表達為：
[0009]
[0010] 其中h是普朗克常數，是電子的質量，n是高次諧波的階次，V。是待測激光的基 頻，Ip是二氧化碳分子的電離能，S是外場感應系數（其大小與待測激光功率密度密切相 關）。
[0011] 聯合公式⑴和⑵，我們就可以得到高次諧波強度S與外場感應系數S之間的 關聯，如圖2所示，我們計算得到了不同階次（21次，25次，27次，29次）的高次諧波強度S 隨感應系數S變化的關系，其中虛點線是垂直取向時（? =90° )的高次諧波強度，虛劃 線是平行取向時（? =0° )的高次諧波強度，我們可以發現，不同階次的垂直取向線與平 行取向線的交叉位置對應著不同的外場感應系數S，此交叉點可用于定位不同的感應系數 值，而外場感應系數S與待測激光的實時功率密度密切相關。因此，我們可以通過交叉點 來定標出待測激光的功率密度。
[0012] 本發明具有的有益效果：利用了二氧化碳分子在強激光場下受激發射電子波包過 程中的雙中心干涉現象來精確測量和定位l〇14W/cm2附近的強激光功率密度，具有精度高、 定位準等特點。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明測量儀的示意圖。
[0014] 圖2為本發明測量原理相關的定標方法圖。?
[0015] 圖3為本發明的一個具體實施事例的裝置示意圖。
[0016] 圖4為本發明具體實施事例的激光功率密度定標圖。
[0017] 圖中：1、待測激光；2、進光窗口；3、真空腔；4、真空栗；5、高壓電源；6、正高壓電 極；7、負高壓電極；8、第一電源線；9、第二電源線；10、氣體噴嘴；11、高次諧波；12、鋁膜； 13、軟X射線光譜儀；14、軟X射線攝像頭；15、電腦控制線；16、個人電腦。
【具體實施方式】
[0018] 下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0019] 實施例：一種高精度強激光功率密度儀及檢測方法，如圖1~圖4所示，所述高精 度強激光功率密度儀包括進光窗口、真空腔、真空栗、高壓電源、正高壓電極、負高壓電極、 第一電源線、第二電源線、氣體噴嘴、高次諧波、鋁膜、軟X射線光譜儀、軟X射線攝像頭、電 腦控制線、個人電腦及待測激光；所述真空栗用于維持真空腔內的真空度；所述負高壓電 極與第一電源線連接，所述正高壓電極與第二電源線連接，所述負高壓電極與正高壓電極 之間產生的靜電場用于二氧化碳分子的取向定位；所述氣體噴嘴內裝有二氧化碳分子，可 形成二氧化碳噴流；所述待測激光與二氧化碳噴流相互作用產生高次諧波，只透過高次諧 波進入X射線光譜儀；所述鋁膜用于阻擋殘余的待測激光；所述高次諧波通