专利名称 ---【 激光等离子体电子密度测量装置及测量方法 】

基本信息
申请号
CN201711350449.0
申请日
2017.12.15
公开(公告)号
CN108174503A
公开(公告)日
2018.06.15
申请(专利权)人
中国科学院上海光学精密机械研究所
申请人地址
201800 上海市嘉定区清河路390号
发明人
陶华;刘诚;朱健强; 专利类型 发明专利
摘要
一种激光等离子体电子密度测量装置,包括驱动激光束、第一聚焦镜、激光器、扩束系统、第二聚焦镜、编码板、光斑探测器和计算机。驱动激光束被第一聚焦镜聚焦后与物质相互作用产生等离子体,激光器产生的激光束作为探测光对激光等离子体进行诊断,其通过扩束系统后穿过待测等离子体,待测光经过第二聚焦镜聚焦后照射到编码板上,用光斑探测器记录其所形成的衍射斑。利用这个衍射斑强度和迭代算法重构出待测光的相位分布。测出光经过待测等离子体后的相位变化,光程变化即可确定,用阿贝尔变换处理光程差的数据,从而获得电子密度的分布。本发明无需干涉光路,受环境影响较小,装置结构简单,测量分辨率高,满足于激光等离子体电子密度测量的要求。 1
主权项
1.一种激光等离子体电子密度测量装置,其特征在于:包括驱动激光束(1)、第一聚焦
镜(2)、激光器(4)、扩束系统(5)、第二聚焦镜(6)、编码板(7)、光斑探测器(8)和计算机(9);
上述元件的位置关系如下:
沿所述的驱动激光束(1)的光路方向依次放置第一聚焦镜(2)和作用物质,该作用物质
位于所述的第一聚焦镜(2)的焦点处,该驱动激光束(1)经第一聚焦镜(2)聚焦后与作用物
质相互作用产生待测等离子体(3);
沿所述的激光器(4)的出射的相干光光束方向依次放置扩束系统(5)、作用物质、第二
聚焦镜(6)、编码板(7)和光斑探测器(8),激光器(4)产生的激光束通过扩束系统(5)后穿过
待测等离子体(3)后,经第二聚焦镜(6)聚焦,并入射到所述的编码板(7),经该编码板(7)调
制后被所述的光斑探测器(8)接收,该光斑探测器(8)与计算机(9)相连。
2.根据权利要求1所述的激光等离子体电子密度测量装置,其特征在于:所述的编码板
(7)垂直放置于聚焦光束的入射方向,确保激光器(4)、扩束系统(5)、第二聚焦镜(6)和编码
板(7)与光束垂直且中心保持在光轴上,该编码板(7)的空间分布已知,尺寸大小满足光路
中光束全部通过。
3.利用权利要求1或2所述的激光等离子体电子密度测量装置测量待测激光等离子体
的电子密度方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
①以激光器(4)发出的相干光光束为基准,确定光轴,沿光轴依次放置扩束系统(5)、第
二聚焦镜(6)、编码板(7)和光斑探测器(8);相干光光束经过扩束系统(5)后光束口径增大,
经第二聚焦镜(6)汇聚后,经该编码板(7)调制后被所述的光斑探测器(8)接收,光斑探测器
(8)记录第一幅衍射光斑;所述的编码板(7)垂直放置于聚焦光束的入射方向,确保各光学
元件与光束垂直且中心保持在光轴上,该编码板(7)的空间分布已知,尺寸大小满足光路中
光束全部通过;
②沿所述的驱动激光束(1)的光路方向依次放置第一聚焦镜(2)和作用物质,该作用物
质位于所述的第一聚焦镜(2)的焦点处;驱动激光束(1)穿过第一聚焦镜(2)后产生聚焦光
束,聚焦光束与放置作用物质相互作用产生待测等离子体(3);
③激光器(4)发出的相干光光束经过扩束系统(5)后光束口径增大,然后穿过产生的待
测等离子体(3)区域,经第二聚焦镜(6)将穿过待测等离子体(3)后的光束汇聚,经该编码板
(7)调制后被所述的光斑探测器(8)接收,光斑探测器(8)记录第二幅衍射光斑;
④光斑探测器(8)将第一幅衍射光斑和第二幅衍射光斑传输给计算机(9),由计算机
(9)处理获得相位变化空间分布。
4.根据权利要求3所述的电子密度测量方法,其特征在于,所述的步骤④,由计算机(9)
处理获得相位变化空间分布,具体步骤如下:
步骤4.1测量参数值:用直尺测量第二聚焦镜(6)到编码板(7)的直线距离L0,第二聚焦
镜(6)焦点到编码板(7)的直线距离L1,编码板(7)到光斑探测器(8)靶面的直线距离L2
步骤4.2给第二聚焦镜(6)焦点处光波分布一初始的随机猜测值构造一个光阑,其孔
径大小限制函数S1,初始光阑半径r1
当实际光阑半径在初始光阑半径r1范围以内,则函数S1取值为1,代表光透过光阑,
当实际光阑半径在初始光阑半径r1范围以外,则函数S1取值为0,代表光不能透过光阑,
初始第二聚焦镜(6)焦点面上的光波分布为
步骤4.3、第n次传播到编码板(7)面上的照明光函数为
表示第n次迭代光波focusn传播距离L1的过程,n代表第n次迭代;
步骤4.4、在编码板(7)面上,编码板(7)的分布函数为P,第n次照明光通过编码板(7)后
的出射波函数为
步骤4.5、第n次光斑探测器(8)靶面上衍射光斑的复振幅分布
表示第n次迭代光波exitn传播距离L2的过程;
步骤4.6、光斑探测器(8)实际记录的光斑分布为I,复振幅分布diffn的误差

步骤4.7、对光斑探测器(8)靶面上的衍射光斑的复振幅分布进行更新,即将其振幅更
新为光斑探测器(8)实际记录光斑的振幅得到diff''nψn为diffn
相位分布;
步骤4.8、反方向传播diff''n到编码板(7)面上得到
表示第n次迭代光波diff''n反方向传播距离L2的过程;
步骤4.9、更新编码板(7)面上的照明光函数illu''n=exit''n/P;
步骤4.10、反方向传播illu''n到第二聚焦镜(6)焦点面上得到
表示第n次迭代光波illu''n反方向传播距离L1的过程;
步骤4.11、增大光阑半径为rn+1,半径rn+1范围以内光阑孔径大小限制函数Sn+1取值为1,
半径rn+1范围以外Sn+1函数取值为0,更新后的第二聚焦镜(6)焦点面上的光波分布为
focusn+1=focus''n*Sn+1作为第n+1次迭代的初始光波分布;
步骤4.12重复步骤4.3到4.11,直至误差errorn变化非常小甚至不变时,迭代过程停止,
此时更新后的编码板(7)面上的照明光函数为illu;
步骤4.13、光斑探测器(8)记录的第一幅衍射光斑迭代计算获得的照明光函数为illu
α,光斑探测器(8)记录的第二幅衍射光斑迭代计算获得的照明光函数为illuβ;
步骤4.14、由菲涅尔衍射积分公式,illuα和illuβ反方向传播到第二聚焦镜(6)面上得
到光场分布,公式如下:
其中,λ是激光器(4)发出的相干光波长,k为波矢,k=2π/λ,U(x′,y′)为驱动激光束(1)
没有与物质相互作用产生等离子体(3)时第二聚焦镜(6)面上的光场分布,T(x′,y′)为驱动
激光束(1)与物质相互作用产生待测等离子体(3)时第二聚焦镜(6)面上的光场分布;
步骤4.15、计算两次光斑探测器(8)分别记录的衍射光斑获得第二聚焦镜(6)面上光场
分布的相位差U(x′,y′)T*(x′,y′),其中T*(x′,y′)为T(x′,y′)的共轭函数,即为由于驱动激
光束(1)与物质相互作用产生待测等离子体(3)导致的相位变化;
步骤4.16、测出光经过待测等离子体(3)后的相位变化φ(x,y),其中
dl为沿着激光器(4)发出的激光光束在等离子体中传播方
向路径的积分,ω是激光频率,c为真空中的光速,nc(ω)是对应的激光器(4)发出激光的临
界电子密度,与激光的波长有关,ne(x,y)为产生待测等离子体(3)电子密度;激光器(4)发
出激光光束穿越待测等离子体(3)时的光程变化情况即可以确定ΔS=∫(1?ηP)dl,ηp为激光
光束在待测等离子体(3)中传播的折射率;在假定等离子体密度为柱对称的情况下,利用阿
贝尔变换来处理光程差的数据,即可得到待测等离子体
(3)电子密度的分布

 

IPC信息
IPC主分类号
H05H1/00(2006.01)I
IPC分类号
H05H1/00(2006.01)I

 

法律状态信息
法律状态公告日
2018.07.13
法律状态
实质审查的生效 法律状态信息
实质审查的生效 IPC(主分类):H05H 1/00 申请日:20171215
法律状态公告日
2018.06.15
法律状态
公开 法律状态信息
公开

 

代理信息
代理机构名称
上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317
代理人姓名
张宁展
相似文献

亚波长结构材料及其在纳光子器件中的应用
作者:冯沁,未维护 发表刊物:激光与光电子学进展

基于离焦光栅的最小二乘波前复原算法
作者:李斐,未维护 发表刊物:中国激光

衍射型激光扩束器的保真度研究
作者:龚海龙,未维护 发表刊物:中国激光

基于谱线相关性的激光诱导击穿光谱技术半定量分析方法
作者:丛智博;孙兰香;辛勇;杨志家,未维护 发表刊物:冶金分析

萤火一号”火星探测计划进展和Mars-SST火星卫星重力测量计划研究
作者:郑伟,许厚泽,钟敏 发表刊物:测绘科学

相似专利

[发明专利] 基于大数据分析的智能环抛交叉修复调拨系统
发明人:邵建达;杨明红;吴伦哲;徐学科 申请日:2018-03-15

[发明专利] 反射型空间滤波器调试装置和方法
发明人:朱海东;郭爱林;胡恒春;谢兴龙;康俊;杨庆伟;高奇 申请日:2018-01-26

[发明专利] 一种精密离焦检测装置及检测方法
发明人:白震;魏劲松 申请日:2018-01-18

[发明专利] 基于激光驱动金属细丝的高能电子导引装置
发明人:李中鹏;田野;周楚亮;刘建胜 申请日:2018-01-08

[发明专利] 用于集束打靶激光的全孔径背向散射光测量系统
发明人:闫亚东;何俊华;许瑞华;齐文博;韦明智;吴冰静 申请日:2017-12-14

相似科技成果

低Z元素内壳层光电离X射线激光的解析模型
主题词:[超短超强激光;内壳层光电离;X射线激光] 单位名称:中国科学院上海光学精密机械研究所

气相、液相、单分子以及强激光场中的化学反应动力学
主题词:[化学反应动力学;化学物理学;量子化学] 单位名称:中国科学院化学研究所

光解动力学研究
主题词:[光解;动力学] 单位名称:中国科学院大连化学物理研究所

飞秒激光控制化学反应的研究
主题词:[飞秒;激光;化学反应] 单位名称:中国科学院大连化学物理研究所

原子分子的高能量分辨快电子碰撞谱学研究
主题词:[原子分子;激发和电离;电子碰撞谱学] 单位名称:中国科学技术大学

点击次数: 60      分享到:0


| 联系我们 | 网站地图 | 版权声明 |

版权:中国科学院 主办:中国科学院科技促进发展局 承办:中国科学院成都文献情报中心 蜀ICP备05003827号-12

建议使用1024×768 分辨率 IE6.0以上版本浏览器