[发明专利]高密度等离子体产生的磁场的测量装置和测量方法

说明书

一种用于强激光驱动高密度等离子体产生磁场的测量装置和测量方法，该装置包括两凸透镜组成的4f系统，四分之一波片，偏振分束器，偏振器，CCD相机，电脑终端；公开了一种超快非接触式磁场测量方法。利用该装置及方法可解决用法利第旋转效应和泵浦探测法测量强激光驱动高密度等离子体产生磁场的实验中，主脉冲的散射光会对探测光所携带的信息造成干扰的问题，从而提高了磁场测量准确度。

技术领域

本发明涉及磁场，具体涉及一种用于强激光驱动高密度等离子体产生的磁场测量装置和测量方法。

背景技术

惯性约束聚变中的快点火方案已经引起世界各地科研人员研究相对论强激光在等离子体中传播问题的兴趣，在激光与等离子体复杂相互作用中一个重要因素就是很强的自生准静态磁场的存在，它是由于强激光在传播方向上驱动快电子产生很强的电流，进而产生强磁场，这样强的磁场可以影响激光的传播及快电子的输运，除了有质动力和相对论自聚焦效应，还会导致磁聚焦效应，产生各种等离子体不稳定性，如超热电子输运过程中会伴随着冷电子回流，产生不稳定性而成丝，大尺度的磁场会分裂成小尺度的环形磁场，对快点火来说是不小的挑战。因此对磁场的超快测量对于理解激光等离子体相互作用具有重要意义。

因激光器产生的飞秒激光会伴随有预脉冲，主脉冲与预脉冲间的强度对比度一般为10⁵：1，在主脉冲到来之前，预脉冲会使样品电离，形成预等离子体，然后主脉冲与预等离子体作用，在激光传播方向上产生超快电子，超快电子向样品内部传输，极短时间大量电子会形成千安级电流，伴随产生环绕电流的兆高斯强度的磁场。

平面偏振的探测光穿过作用区域，上述过程产生的兆高斯强度的环向磁场中与探测光平行的分量会使探测光偏振方向发生旋转，如附图3所示，旋转角度由法拉第旋转效应给出：

其中是围绕电流的环向磁场，e,m,c和n_c分别是电子电荷，电子质量，光速和临界密度，n_e是探测光传播路径上的电子密度，n_e取0.1n_c，ds是探测光穿过预等离子体路径l的微元。

分别从主脉冲激光上下位置穿过等离子体区域的探测光会往相反方向偏转，出射的探测光携带有磁场信息，再经过第一凸透镜和第二凸透镜成像，经过四分之一波片成为椭圆偏振光，经过偏振分束器分束，成为两强度不同、偏振方向正交的偏振光，一束经过第一偏振器，在第一CCD相机上成像，另一束经过第二偏振器后在第二CCD相机上成像，两相机上(i＝1,2)成像强度可这样计算：

其中I₀是进入耙室之前的初始探测光强度，T₁是偏振分束器的透过率，T₂是偏振分束器的反射率，p₁和p₂是与探测脉冲光的偏振对比度相关的参数,两相机上光强对比

在目前光强条件下，上面光强对比函数是的单调函数，从而可以由(3)式解出再由(1)式解出磁场的分布情况。