[发明专利]激光等离子体电子密度测量方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及激光与物质相互作用的等离子体电子密度测量技术领域，具体是一种利用相位恢复算法实现激光等离子体电子密度测量装置及测量方法。

技术背景

高强度激光照射到金属表面时，会造成各种不同性质的损伤，同时在金属和空气界面激发等离子体。等离子体的光学探针诊断，是基于光在等离子体中传播时，如同在一种折射率连续变化的介质中传播，其折射率为(1-N_e/N_c)^1/2，其中N_e是电子密度，N_c是该波长下的临界密度。测出光经过等离子体后的光程变化情况后，在假定等离子体密度为柱对称的情况下，可以用阿贝尔变换来处理光程差的数据，得到电子密度的分布。用于激光等离子体的光探针，要求其脉宽足够窄，与主脉冲的同步良好，波长合适，能够避开等离子体谐波的干扰等。现在广泛采用的干涉法在使用的方便性和准确度上有很多不足，比如：当用紫外和深紫外激光进行测量时，得到严格准确的参考光束较为困难；对环境的稳定度要求较高，不适应大型装置的现场检测，而且用脉冲激光进行干涉测量时需要进行光程匹配，测量机构的尺寸较大，进一步提高了环境稳定性要求；当用x射线诊断等离子体时，由于相应波段元件质量问题，干涉测量光路很难搭建。因此对于激光等离子体电子密度测量新方法的研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对上述激光等离子体电子密度测量的问题，提出一种利用相位恢复算法实现激光等离子体电子密度测量装置，利用一个光斑探测器记录两幅衍射光斑，由计算机进行迭代计算实现激光等离子体电子密度测量，该测量方法无需干涉光路，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。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种激光等离子体电子密度测量装置，其特点在于：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；

上述元件的位置关系如下：

沿所述的驱动激光束的光路方向依次放置第一聚焦镜和作用物质，该作用物质位于所述的第一聚焦镜的焦点处，该驱动激光束经第一聚焦镜聚焦后与作用物质相互作用产生待测等离子体；

沿所述的激光器的出射的相干光光束方向依次放置扩束系统、作用物质、第二聚焦镜、编码板和光斑探测器，激光器产生的激光束通过扩束系统后穿过待测等离子体后，经第二聚焦镜聚焦，并入射到所述的编码板，经该编码板调制后被所述的光斑探测器接收，该光斑探测器与计算机相连。

所述的编码板垂直放置于聚焦光束的入射方向，确保激光器、扩束系统、第二聚焦镜和编码板与光束垂直且中心保持在光轴上，该编码板的空间分布已知，尺寸大小满足光路中光束全部通过。

利用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，其特点在于，该方法包括以下步骤：