[发明专利]一种实时监测非链式脉冲化学激光器能量方法及装置

说明书

本发明涉及一种实时监测非链式脉冲化学激光器能量方法及装置，实现了高功率高重频非链式化学激光器无插入能量监测，方法主要包括首先根据被测激光器中气体分子的特征谱线调节可调谐窄线宽激光参数；其次，将可调谐窄线宽激光分束后分别同时照射被测激光器的增益区及非增益区；最后，分别采集经过被测激光器增益区及非增益区的激光强度，获得激光器增益区及非增益区的吸收光谱曲线，并计算得到激光器重频运行过程中各个脉冲的能量。利用光学非接触方法测量激光器单个脉冲形成的激活物质(HF分子)的浓度，计算得到非链式脉冲化学激光器的脉冲能量，避免了在激光器输出光路中引入其它分光元件，简化激光输出光路的同时实现激光能量的实时监测。

技术领域

本发明涉及非链式脉冲化学激光技术领域，尤其涉及高功率高重频非链式气体化学激光能量实时监测方法及装置。

背景技术

非链式脉冲化学激光器可高重频运行，且具有峰值功率高、结构紧凑等特点，是目前倍受关注的红外激光源。激光能量是衡量激光器运行状态和输出性能的重要参数，需要实时监测。通常采用能量计监测激光能量，该种方法必须对激光光束进行分光处理，这将对激光的传输造成一定的影响，当激光器运行频率达到10kHz以上的高重频时，采用能量计监测激光能量已十分困难。对于高重频运行状态，现行方法是采用功率计监测激光器的平均能量，但是这无法实时反应激光脉冲能量的变化情况。另外，激光脉宽短、峰值功率高、能量大，激光器高重频运行时，为了避免损坏能量计需要在测量光加入衰减元件，引入了测量误差。

针对上述问题，本发明提供一种基于气体分子浓度监测化学激光器脉冲能量的方法和装置，避免对激光传输光路的影响，可适用于高重频HF等化学激光器能量监测，具有十分重要的意义。

发明内容

为了实现高功率高重频非链式化学激光器无插入能量监测，本发明提供一种基于气体分子浓度实时监测脉冲化学激光器能量方法及装置。

本发明的技术解决方案是：

一种实时监测非链式脉冲化学激光器能量方法，包括以下步骤：

步骤一、根据被测激光器中气体分子的特征谱线调节可调谐窄线宽激光参数，保证可调谐窄线宽激光的扫描波长范围仅覆盖待测气体分子的一条特征谱线；

步骤二、将步骤一可调谐窄线宽激光分束后分别同时照射被测激光器的增益区及非增益区；

步骤三、分别采集经过激光器增益区及非增益区的激光强度，获得激光器增益区及非增益区的吸收光谱曲线(具体，通过激光器输出光谱连续调节，扫描待测气体的吸收光谱，测量经过气体后的激光光强，获得的强度曲线，处理可得吸收光谱曲线)，按照下述过程，计算得到激光器重频运行过程中各个脉冲的能量；

3.1)、利用激光器增益区的吸收光谱曲线，采用公式得出激光器增益区内的待测气体分子浓度N₀；其中，I₀为未经增益区混合气体吸收的激光光强，I为经过增益区混合气体吸收后的激光光强，S(T)为吸收线的强度cm/molecule，L₀为激光在增益区内吸收介质中的传播距离cm，ν为激光波长(cm^-1)；

3.2)、利用非激活区的吸收光谱曲线，采用公式计算出激光器内气体分子本底浓度N₁；I₁为未经非增益区气体吸收的激光光强，I为经过非增益区混合气体吸收后的激光光强，S(T)为吸收线的强度cm/molecule，L₁为激光在非增益区内吸收介质中的传播距离cm，ν为激光波长cm^-1；

3.3)、求得单次激励过程产生的N_s，N_s＝N₀-N₁；