一种高精度强激光功率密度仪及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于检测设备技术领域，尤其涉及一种高精度强激光功率密度仪及检测方 法。
【背景技术】
[0002] 由于传统的激光功率密度测量仪器探头多为半导体或晶体等固态探头，导致该类 探头无法承受激光功率密度超过IX1013W/cm2的强激光辐射，否则仪器探头将会被烧灼损 坏。然而本发明则是利用取向后的二氧化碳分子与汇聚后的强激光相互作用来测量和定位 10 14W/cm2附近的强激光功率密度，这是由于二氧化碳分子在激光强场下发生电离和高次谐 波辐射所需的激光功率密度为l〇14W/cm2。此外，二氧化碳分子内两个氧原子在强激光场下 分别发射的电子波包将会发生双中心干涉并碰撞产生高次谐波辐射，然后利用X射线光谱 仪和X射线摄像头测量不同阶次的高次谐波辐射强度即可有效推导出发生相互作用时的 实时激光功率密度。
【发明内容】
[0003] 本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种高精度强激光功率 密度仪及检测方法，利用了二氧化碳分子在强激光场下受激发射电子波包过程中的双中心 干涉现象来精确测量和定位l〇14W/cm2附近的强激光功率密度，具有精度高、定位准等特点。
[0004] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种高精度强激光 功率密度仪及检测方法，所述高精度强激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空栗、高 压电源、正高压电极、负高压电极、第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、错膜、软X 射线光谱仪、软X射线摄像头、电脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真空栗用于维持真 空腔内的真空度；所述负高压电极与第一电源线连接，所述正高压电极与第二电源线连接， 所述负高压电极与正高压电极之间产生的静电场用于二氧化碳分子的取向定位；所述气体 喷嘴内装有二氧化碳分子，可形成二氧化碳喷流；所述待测激光与二氧化碳喷流相互作用 产生高次谐波，只透过高次谐波进入X射线光谱仪；所述铝膜用于阻挡残余的待测激光；所 述高次谐波通过X射线光谱仪进行光谱衍射分辨并通过X射线摄像头进行辐射强度的拍摄 记录；所述软X射线摄像头与电脑控制线连接，所述电脑控制线与个人电脑连接；所述软X 射线光谱仪由球面镜、柱面镜、狭缝和平场X射线光栅组成。
[0005] 所述方法如下：
[0006] 待测激光与取向后的二氧化碳分子相互作用发生电离现象并产生电子波包，而二 氧化碳分子内的两个氧原子分别发射的电子波包将会发生双中心干涉并碰撞产生高次谐 波辐射现象。这种不同阶次的分子高次谐波辐射强度与激光功率密度密切相关，我们可以 从中解析出相互作用时的实时激光功率密度值。这是因为二氧化碳分子的双中心干涉因子
，在某个t。时刻，取向后的高次谐波强度S与无取向的高次谐 波强度S。的比值可表达如下：
[0007]
[0008] 其中9是待测激光的偏振方向与二氧化碳分子轴的夹角，,心)是某个t。时 刻的分子系宗角分布函数，?是待测激光的偏振方向与高压静电场方向之间的夹角，n是 高次谐波的阶次，R是二氧化碳分子内的两个氧原子之间的核间距，XB(n)是产生n次高次 谐波对应的电子的德布罗意波，可表达为：
[0009]
[0010] 其中h是普朗克常数，是电子的质量，n是高次谐波的阶次，V。是待测激光的基 频，Ip是二氧化碳分子的电离能，S是外场感应系数（其大小与待测激光功率密度密切相 关）。
[0011] 联合公式⑴和⑵，我们就可以得到高次谐波强度S与外场感应系数S之间的 关联，如图2所示，我们计算得到了不同阶次（21次，25次，27次，29次）的高次谐波强度S 随感应系数S变化的关系，其中虚点线是垂直取向时（? =90° )的高次谐波强度，虚划 线是平行取向时（? =0° )的高次谐波强度，我们可以发现，不同阶次的垂直取向线与平 行取向线的交叉位置对应着不同的外场感应系数S，此交叉点可用于定位不同的感应系数 值，而外场感应系数S与待测激光的实时功率密度密切相关。因此，我们可以通过交叉点 来定标出待测激光的功率密度。
[0012] 本发明具有的有益效果：利用了二氧化碳分子在强激光场下受激发射电子波包过 程中的双中心干涉现象来精确测量和定位l〇14W/cm2附近的强激光功率密度，具有精度高、 定位准等特点。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明测量仪的示意图。
[0014] 图2为本发明测量原理相关的定标方法图。?
[0015] 图3为本发明的一个具体实施事例的装置示意图。
[0016] 图4为本发明具体实施事例的激光功率密度定标图。
[0017] 图中：1、待测激光；2、进光窗口；3、真空腔；4、真空栗；5、高压电源；6、正高压电 极；7、负高压电极；8、第一电源线；9、第二电源线；10、气体喷嘴；11、高次谐波；12、铝膜； 13、软X射线光谱仪；14、软X射线摄像头；15、电脑控制线；16、个人电脑。
【具体实施方式】
[0018] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0019] 实施例：一种高精度强激光功率密度仪及检测方法，如图1~图4所示，所述高精 度强激光功率密度仪包括进光窗口、真空腔、真空栗、高压电源、正高压电极、负高压电极、 第一电源线、第二电源线、气体喷嘴、高次谐波、铝膜、软X射线光谱仪、软X射线摄像头、电 脑控制线、个人电脑及待测激光；所述真空栗用于维持真空腔内的真空度；所述负高压电 极与第一电源线连接，所述正高压电极与第二电源线连接，所述负高压电极与正高压电极 之间产生的静电场用于二氧化碳分子的取向定位；所述气体喷嘴内装有二氧化碳分子，可 形成二氧化碳喷流；所述待测激光与二氧化碳喷流相互作用产生高次谐波，只透过高次谐 波进入X射线光谱仪；所述铝膜用于阻挡残余的待测激光；所述高次谐波通