[发明专利]飞秒激光成丝等离子体密度测量装置和测量方法

权利要求书

1.一种飞秒激光成丝等离子体密度测量装置，其特征在于该装置包括：飞秒激光(1)经过第一分束片(2)，将所述飞秒激光分为泵浦光和探测光，在所述的泵浦光方向依次是第一合束镜(3)、聚焦透镜(4)、气腔(5)、准直透镜(7)、第一滤波片(8)、第二合束镜(16)、和频晶体(17)和光栅光谱仪(18)，

所述的探测光经过第二分束片(9)分为第一探测光(P1)和第二探测光(P2)，在所述的第一探测光(P1)方向依次是第一延时线(10)、倍频晶体(11)、第二滤波片(12)、缩束系统(13)、第一合束镜(3)，第一探测光(P1)在第一合束镜(3)与所述的泵浦光合束后共线入射到所述气腔(5)中，所述的第一探测光(P1)经所述的准直透镜(7)、第一滤波片(8)进入第二合束镜(16)；

沿所述的第二探测光(P2)方向依次是反射镜(14)、第二延时线(15)、第二合束镜(16)，所述第二探测光(P2)经所述第二合束镜(16)与所述的第一探测光(P1)合束后经所述的和频晶体(17)、光栅光谱仪(18)进行互相关测量；

所述缩束系统(13)由一块凸透镜和一块凹透镜组合而成，所述第一延时线(10)和第二延时线(15)均是由两块反射镜90°放置并置于可移动平台上构成；

等离子体通道(6)的侧向荧光测量装置由在等离子体通道侧向放置的成像透镜(19)和光纤光谱仪系统(20)构成，所述的等离子体通道(6)置于所述的成像透镜(19)一侧的两倍焦距处，所述的光纤光谱仪系统(20)置于成像透镜(19)另一侧两倍焦距处，组成2f-2f系统，观测其侧向荧光分布，所述光纤光谱仪系统(20)由光纤连接光纤光谱仪主机，将光纤装于光纤支架，并将光纤支架置于可移动平台上构成。

2.利用权利要求1所述的飞秒激光成丝等离子体密度测量装置测量等离子体密度的方法，特征在于该方法包括下列步骤：

①开启飞秒激光器(1)，调整光路，使所述的飞秒激光(1)在所述的气腔(5)中成丝，形成等离子体通道(6)；

②调节所述第一合束镜(3)及移动所述的第一延时线(10)，通过观察等离子体衍射效应判断所述泵浦光和第一探测光在空间和时间上重合；

③移动所述的第二延时线(15)使输入第二合束镜(16)的第一探测光(P1)和第二探测光(P2)在时间上重合，再优化所述的和频晶体(17)，使所述的第一探测光(P1)和第二探测光(P2)在和频晶体(17)满足最佳相位匹配，此时和频信号最强，并记录所述的第二延时线的位置x₁；

④使用第一光学挡板(21)挡住所述泵浦光，重复步骤③，记录所述的第二延时线的位置x₂，得出等离子体引入的时间差

⑤使用第二光学挡板(22)挡住所述探测光路，将等离子体通道(6)成像于所述光纤光谱仪系统(20)，移动光纤并采集等离子体通道(6)不同位置荧光的强度，得到归一化的荧光强度分布G(l)；

⑥最后根据步骤④⑤记录的结果按下式计算出等离子体的密度分布：

其中，n₀为气体折射率，ω为所述第一探测光(P1)频率，l₀为等离子体通道长度，c为光速，m_e，e分别为电子的质量和电荷量。