本发明专利技术提供了一种基于激光腔内调制的辐射光探测方法及装置，该基于激光腔内调制的辐射-光探测器，包括至少一个激光谐振腔，激光依次经辐射作用介质和激光腔输出镜后输出；激光进入辐射作用介质时，待测粒子同时进入辐射作用介质对激光的光学性质进行扰动。该基于激光器腔内核辐射调制的辐射-光脉冲辐射探测器，针对不同辐射粒子该探测器可以实现对电子与质子等带电粒子以及伽马与中子等中性粒子脉冲的测量。突出特点是采用激光内调制方式的技术思路，具有较高的探测效率，探测器输出信号为激光信号(可以直接采用光纤进行远距离传输)等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于辐射探测方法及装置，具体涉及一种可用于于脉冲电子、质子、中子、 伽马等电离辐射脉冲强度、时间谱测量的基于激光腔内调制辐射-光探测器。 技术背景 脉冲辐射探测技术是实验核物理学研宄领域中一个重要的技术分支。依据不同的 工作原理、具备不同的参数性能以及瞄准不同的应用目标，已成功研发出多种不同的新型 核辐射探测器。目前常见的辐射探测器主要有径迹型辐射探测器、电信号型辐射探测器以 及闪烁探测器等类型。 脉冲辐射粒子（量子）在真空或介质中的时空分布，称为脉冲辐射场，其中时间特 征参数是描述脉冲辐射场时间分布的重要参数，具体包括脉冲上升时间与脉冲时间宽度。 脉冲强度以及时间谱测量的主流探测器基本都是电流型探测器，主要特点是探测器输出信 号为电流信号、信号以同轴电缆传输并配备数字示波器以及电流计等记录设备。 电流型辐射探测器用于时间谱测量的脉冲时间响应在ns量级，脉冲前沿可以到 亚ns，难以实现lOOps以下辐射脉冲的测量。而聚变过程如惯性约束核聚变过程时间尺度 在80-200ps，对探测器的时间响应要求在10ps以下，目前没有任何一种电流型探测器可以 实现这一指标。 由于激光脉冲可以采用高带宽的光纤传输，且激光脉冲时间宽度可以通过变像管 条纹相机直接进行测量，因此基于激光信号的新型辐射探测技术是近年来研宄的热点课 题。 美国劳伦斯.利弗莫尔实验室首先提出基于激光方法的辐射-光探测器，并由实 验验证系统时间响应小于l〇ps，完全可以实现超快X射线脉冲的时间谱测量目标。 根据已有的文献资料报道的研宄成果，基于激光器件的核辐射探测方法具有以下 几个特点： (1)迄今为止，就可查阅的文献来看，采用激光方法进行核辐射探测都集中在外光 路（腔外），且大多是用于快脉冲的时间谱测量； (2)基于半导体激光器的辐射探测方法并未涉及激光器件本身的设计，核心探测 前端仍是目前主流的电流型探测器； (3)目前激光方法测量时间谱的测量系统时间响应能力均可小于1ns，响应时间 最小的为LLNL实验室提出的基于外光路折射率调制的探测技术，系统响应时间实验结果 均小于10ps ; ⑷就测量对象来看，主要以脉冲X射线或者脉冲Y射线，很少有用于电子与质子 等带电粒子测量的探测方法； (5)目前最为前沿时间响应也最小的外光路折射率调制方法，其实验方案细节并 未公布，晶体的关键设计参数也未知，系统灵敏度比较低，对实验条件及后端记录设备指标 要求很高。 从上述特点不难看出，基于激光器件的核辐射探测技术研宄需求明确，利于实现 超快辐射脉冲时间谱的测量，但目前仅有少数实验室具备系统整体研制能力，基于激光方 法需要不断创新思路，关键技术仍需进一步探索研宄。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于激光器腔内核辐射调制的辐射-光脉冲辐射探测器，针对不 同辐射粒子该探测器可以实现对电子与质子等带电粒子以及伽马与中子等中性粒子脉冲 的测量。突出特点是采用激光内调制方式的技术思路，具有较高的探测效率，探测器输出信 号为激光信号（可以直接采用光纤进行远距离传输）等优点。 本专利技术的解决方案为： 该基于激光腔内调制的辐射-光探测器，包括至少一个激光谐振腔，所述激光依 次经辐射作用介质和激光腔输出镜后输出；所述激光进入辐射作用介质时，待测粒子同时 进入辐射作用介质对激光的光学性质进行扰动，扰动主要有两种方式产生：一是通过吸收 或散射引入腔内损耗，二是通过改变辐射作用介质折射率张量实现腔内辐射_光调制，两 类方式产生的扰动均可反映为激光输出功率的改变。 上述激光谐振腔为多级级联时，激光泵浦源输出的激光依次经谐振腔全反镜、激 光增益介质、多级复合腔激光出射镜和复合腔激光入射镜、辐射增益介质、激光谐振腔输出 镜后出射；待测粒子经置于激光谐振腔内的辐射增益介质（类似于激光放大晶体）进入光 路对激光的光学性质进行扰动，该扰动主要通过影响增益介质的粒子数密度产生，所述复 合腔内的辐射增益介质与激光增益介质为同种材料。 上述辐射作用介质包括固体介质、气体介质或液体介质，具体需要根据待测辐射 粒子类型做选择，例如当待测粒子为中子时，可采用石英封装的中子反应截面较高的 3He混 合气体或者甲烷气体；待测粒子为Y或者X射线时，可采用电子水合液，通过改变电子水 合液的透过率，影响激光腔内吸收损耗，进而改变激光功率输出；待测粒子为质子等带电粒 子，可选用半导体如Si、ZnO、GaAs晶体，光学晶体如KDP (磷酸二氢钾KH2P04)、Nd3+:YV04、 Cr 3+:Al203、Nd:YAG等（应具体一点，比如固体包括哪些，上述限定方式相当于未进行限定）。 上述辐射作用介质应在激光输出波段透明，辐射作用介质入射与出射端面（介 质为气体或液体时可采用石英封装）需要镀增透膜，辐射作用介质若为液体时，在谐振腔 内引入的插入损耗要小，数值上插入损耗与谐振腔其他腔内损耗之和不得大于激光腔内增 益。 上述激光谐振腔是F-P谐振腔、环形谐振腔或复合谐振腔。 上述经激光腔输出镜的激光为连续激光或脉冲激光。 该基于激光腔内调制的辐射光探测方法包括以下步骤： 1]激光泵浦源输出的激光在激光谐振腔内经谐振腔全反镜输出至辐射作用介质， 并记录激光泵浦原输出的激光参数； 2]待测粒子输入至辐射作用介质； 3]待测粒子在辐射作用介质内对激光产生扰动； 4]记录被扰动的激光经输出镜或出射镜后测量输出的激光参数； 5]通过步骤1和步骤4中激光参数的变化量确定待测粒子的辐射脉冲强度。 上述步骤4中，记录激光参数具体是包括用于记录波形的示波器或者条纹相机， 用于记录强度的光电转换器，光电转化器将激光信号转换为电信号进行记录。 上述步骤1中，激光泵浦源输出的激光先经激光增益介质后经谐振腔全反镜输 出；若步骤1中激光先经激光增益介质后输出，则步骤2中待测粒子可以直接输入至辐射作 用介质，或待测粒子同时输入至激光增益介质和辐射作用介质。 本专利技术的优点是： 1、本专利技术基于激光腔内调制方法，将辐射作用介质设置在光学谐振腔内，利用谐 振腔对激光扰动的放大作用，使辐射作用介质对激光强度的调制作用较现有激光方法更加 明显，因此相对于相比于基于激光外调制方法的辐射-光探测器（如利弗莫尔实验室的探 测方法）灵敏度更高。 2、本专利技术提出的探测方法及装置从原理上可以实现不同辐射粒子的测量，通常只 需要根据待测辐射类型更换不同激光介质以及辐射作用介质，就可以实现不同粒子的探 测，因此，本专利技术具有很强的通用性。 3、本专利技术提出的当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于激光腔内调制的辐射‑光探测器，包括至少一个激光谐振腔，其特征在于：所述激光依次经辐射作用介质和激光腔输出镜后输出；所述激光进入辐射作用介质时，待测粒子同时进入辐射作用介质对激光的光学性质进行扰动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，欧阳晓平，宋朝晖，盛亮，谭新建，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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