一种多通道宽光谱散射光能量同时测量装置及方法与流程

本发明涉及光电探测，具体涉及一种多通道宽光谱散射光能量同时测量装置及方法。

背景技术：

1、在激光驱动惯性约束聚变的研究中，激光入射黑腔(靶)产生等离子体并与之耦合。激光与等离子体的相互作用过程中，激光能量除了通过逆韧致机制吸收和传输外，还会激发各种参量不稳定性如受激布里渊散射、受激拉曼散射、双等离子体衰变、成丝和自聚焦等，这几种不稳定性会大幅度降低激光与腔靶的耦合效率并破坏辐射场对称性，当各种参量不稳定发展到一定水平后，它们之间还会发生耦合和关联，使参量不稳定性过程呈现十分复杂且难以预测的现象。研究和抑制以受激布里渊散射、受激拉曼散射为主的参量不稳定性一直是激光聚变需要研究的核心科学问题。用于表征激光等离子体相互作用过程中产生的受激布里渊散射、受激拉曼散射的散射光的主要物理量是散射光的份额。

2、由于从物理过程中产生的散射光能量较强，大约是激光入射能量的1％～20％(10j-500j)左右，且具有较大的分布角度，因此散射光能量是很难直接测量的。目前采用的方式是：利用适当口径的凹面反射镜对散射光进行会聚，再依次利用各类带有一定衰减能力的反射镜形成长反射光路对散射光进行衰减，而后使用透镜组将其传递进入到能量卡计进行测量。这类散射光测量的光路组件往往比较复杂，占用的空间体积大、使用的元件多，测量结果分析难度大。特别是对于受激拉曼散射，其光谱分布宽，只用能量卡计，无法测量出准确的宽谱光能量。并且，现有的测量技术无法同时测量受激布里渊散射和受激拉曼散射，实验过程中，往往分多次需要对多路宽谱光进行测量。

3、解决以上问题成为当务之急。

技术实现思路

1、为解决现有的测量技术用能量卡计无法测量出准确的宽谱光能量以及无法同时测量受激布里渊散射和受激拉曼散射的技术问题，本发明提供了一种多通道宽光谱散射光能量同时测量装置及方法。

2、其技术方案如下：

3、一种多通道宽光谱散射光能量同时测量装置，包括打靶腔室、光谱仪和门控相机，所述门控相机位于光谱仪的出射端，其要点在于：还包括多个散射光成像光路；

4、所述散射光成像光路均包括光路通道、二向色镜、打靶透镜、漫反射板、滤片组、成像透镜组、散射片和光纤，所述光路通道位于打靶腔室与漫反射板之间，且光路通道的一端与打靶腔室连通，所述二向色镜和打靶透镜均安装在光路通道中，该光路通道的一侧开设有打靶激光入口，所述二向色镜位于打靶激光入口的内侧，所述打靶透镜位于二向色镜和打靶腔室之间，所述滤片组和成像透镜组依次设置在漫反射板与散射片之间，所述成像透镜组的表面镀膜，该镀膜能够滤除波长小于340nm以及波长大于700nm的光，所述光纤的入射端面朝向散射片远离成像透镜组的一侧表面；

5、所述光谱仪的入射狭缝位置安装有多通道光纤耦合器，各光纤的出射端均呈纵向排布地耦合在多通道光纤耦合器上。

6、一种基于上述的多通道宽光谱散射光能量同时测量装置的测量方法，其要点在于，包括以下步骤：

7、s1、将靶置于打靶腔室中，然后各激光器同时发出激光打靶产生散射光，并引入对应的散射光成像光路，最后由门控相机记录待测散射光每个波长的计数p(λ)，则待测散射光每个波长的能量sexp(λ)表示为：

8、p(λ)＝sexp(λ)×η×f(λ)                                         (1)

9、式(1)中，η表示多通道宽光谱散射光能量同时测量装置的响应系数，f(λ)表示滤片组的透过率；

10、s2、先标定得到标定光源的光谱能量s(λ)，然后将标定光源置于打靶腔室中放置靶的位置，同时将各散射光成像光路中的滤片组(8)移除，然后点亮标定光源，最后由门控相机记录标定光每个波长的计数c(λ)，其中，标定光在对应光谱位置上的计数c(λ)与标定光源的光谱能量s(λ)之间的定标关系：

11、c(λ)＝s(λ)×η                                             (2)

12、s3、基于式(1)和式(2)，由下式计算得到待测散射光每个波长的能量sexp(λ)：

13、

14、将波长349nm-353nm的能量sexp(λ)累加得到受激布里渊散射光的总能量，将波长400nm-700nm的能量sexp(λ)累加得到受激拉曼散射光的总能量。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果：

16、1、通过设置多个散射光成像光路，实现多通道测量能力，能够准确给出不同波长的能量以及总能量，实现同时测量受激布里渊散射和受激拉曼散射的散射光，为激光打靶产生的散射光提供更可靠的诊断技术；

17、2、本测量方法大幅减少了能量探头的使用，不仅节约成本，而且提高了诊断效率；

18、3、本测量方法不仅可用于高能量散射光的测量，也可用于其他光源强度的分析与对比。

技术特征：

1.一种多通道宽光谱散射光能量同时测量装置，包括打靶腔室(1)、光谱仪(2)和门控相机(3)，所述门控相机(3)位于光谱仪(2)的出射端，其特征在于：还包括多个散射光成像光路；

2.根据权利要求1所述的多通道宽光谱散射光能量同时测量装置，其特征在于：所述滤片组(8)由多块中性衰减片组成，该滤片组(8)能够使波长349nm-353nm的光的透过率为1％、波长400nm-700nm的光的透过率为10％。

3.一种基于权利要求1-2中任一项所述的多通道宽光谱散射光能量同时测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述标定光源(16)为卤素灯或氙灯。

5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述步骤s3中，标定光源(16)的点亮时间和门控相机(3)的工作时间为5-10分钟。

6.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于：所述步骤s3中，先标定得到标定光源(16)在垂直偏振条件下的光谱能量s⊥(λ)和在水平偏振条件下的光谱能量s||(λ)，然后在标定光源(16)与各光路通道(4)均设置有垂直偏振片(17)或水平偏振片(18)，同时将各散射光成像光路中的滤片组(8)移除，完成后点亮标定光源(16)，最后由门控相机(3)记录在垂直偏振条件下的计数c⊥(λ)或在水平偏振条件下每个波长的计数c||(λ)，其中，在垂直偏振条件下和在水平偏振条件下每个波长的计数c⊥(λ)和c||(λ)同标定光源(16)在垂直偏振条件下的光谱能量s⊥(λ)和在水平偏振条件下的光谱能量s(λ)的定标关系分别为：

技术总结
本发明公开了一种多通道宽光谱散射光能量同时测量装置及方法，其中多通道宽光谱散射光能量同时测量装置主要包括打靶腔室、光谱仪、门控相机和多个散射光成像光路。采用本多通道宽光谱散射光能量同时测量装置及方法，通过设置多个散射光成像光路，实现多通道测量能力，能够准确给出不同波长的能量以及总能量，实现同时测量受激布里渊散射和受激拉曼散射的散射光，为激光打靶产生的散射光提供更可靠的诊断技术；同时，本测量方法大幅减少了能量探头的使用，不仅节约成本，而且提高了诊断效率；并且，本测量方法不仅可用于高能量散射光的测量，也可用于其他光源强度的分析与对比。

技术研发人员：刘祥明,刘耀远,徐涛,理玉龙,李志超,王峰,龚韬,彭晓世,刘永刚,关赞洋,蒋小华,李文洪
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27