[发明专利]基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置

说明书

本发明提供了基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置，其中方法包括利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生散射光，然后经过成像透镜系统将产生的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处，采用可见光条纹相机对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。本发明利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生的丁达尔效应，使得激光飞行焦斑本身成为一个发光体，这样成像透镜系统就能从侧面观察飞行焦斑沿传输方向的运动过程，最后利用可见光条纹相机的一维时间分辨和一维空间分辨特性，在单发测量条件下获得飞行焦斑随时间的整体演化过程。

技术领域

本发明涉及激光飞行焦斑诊断技术领域，具体而言，涉及基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置。

背景技术

在高能量密度物理和惯性约束聚变等研究领域，为了获得高峰值功率密度的激光焦斑，需要采用大口径的聚焦透镜或抛物面反射镜对激光束进行聚焦。聚焦光斑在空间位置上一般是固定的，焦斑位置不随时间变化。添加激光焦斑的动力学运动特征，或者说让激光焦斑能够以一定的速度运动起来，产生在厘米级范围内能够快速移动的飞行焦斑，将为相关领域的研究添加一个新的自由度。

飞行焦斑(sliding focus or flying focus)是一个比较新的概念，分别由法国的A.Sainte-Marie团队和美国的Dustin H.Froula团队于2017年和2018年独立提出。激光飞行焦斑的基本特征是：在焦深区域内始终保持聚焦的光斑状态，激光焦斑不仅能够以超光速、亚光速或者负光速移动，还能够以加速移动、减速移动或者振荡移动等。

测量激光飞行焦斑的演化过程，获得飞行焦斑的运动速度和焦斑长度等参数信息，对评价实际形成激光飞行焦斑的技术参数是否符合实验预期设计是至关重要的。

例如，现有测量激光飞行焦斑的技术途径如图4所示，主要由参考光路、测试光路和可见光条纹相机等部分构成。

其中，参考光路主要功能是提供一个时间参考焦斑，其光路如图4中的灰色实线所示，经聚焦透镜后成像到可见光条纹相机的入射狭缝处，该参考焦斑是整个测量系统的一个时间基准，利用该基准可以定量给出不同空间位置的测试焦斑与参考焦斑到达条纹相机的时间差；测试光路通过调节测试透镜的成像位置，选择进行每一次测试时飞行焦斑的测试区域，通过多次测试获得飞行焦斑到达特定测试区域所需的时间，最后通过测试数据重建出飞行焦斑在焦深区域的动态演化过程；其中，可见光条纹相机是一种时间测量设备，可以获得测试焦斑与参考焦斑到达其入射狭缝的时间差，可见光条纹相机的时间测量精度在皮秒水平。

由此可知，现有技术途径需要对激光飞行焦斑在焦深区域的飞行过程进行多次测量。而且，为了获得准确的测试结果，所需的测量次数一般高达成百上千次。

因此，亟需一种切实可行的技术途径，实现飞行焦斑演化过程的单发测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于丁达尔效应的激光飞行焦斑演化过程单发测量方法及装置，以实现飞行焦斑演化过程的单发测量。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：基于丁达尔效应的飞行焦斑演化过程单发测量方法，利用激光飞行焦斑穿过胶体材料产生散射光，然后经过成像透镜系统将产生的散射光成像于可见光条纹相机的入射狭缝处，采用可见光条纹相机对飞行焦斑的散射成像随时间的演化过程进行含时测量，同时由于飞行焦斑本身成为一个发光体，从而能够从侧面观察飞行焦斑的运动演化过程。

进一步地，所述胶体材料、成像透镜系统以及可见光条纹相机沿X轴方向依次设置。

进一步地，所述胶体材料为固体材料、液体材料或气体材料。

进一步地，所述成像透镜系统产生的是放大的像、缩小的像或等比例的像。