一种阿秒光脉冲的产生方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种阿秒光脉冲的产生方法和装置。该装置包括：气体喷嘴、光源、第一分束镜、第二分束镜、马赫‑曾德干涉仪、第一时间延迟线、第二时间延迟线、第三时间延迟线和太赫兹脉冲发生器。应用本发明专利技术可以得到一种优质的阿秒光脉冲。

【技术实现步骤摘要】
一种阿秒光脉冲的产生方法和装置
本申请涉及阿秒光脉冲
，尤其涉及一种阿秒光脉冲的产生方法和装置。
技术介绍
微观超快现象及强场物理的探索研究需要在极短的时间尺度内进行。近几十年飞秒激光的快速发展使这方面的研究得到了长足的发展。飞秒脉冲作为光探针，可以记录各种分子与原子的动力学过程，使观察发生在飞秒时间量级的化学反应变得很方便。然而，对于原子和离子内部的电子来说，却很难用飞秒技术进行探测，因为它们的典型动力学行为出现在阿秒时间尺度内。因此，阿秒脉冲的实现具有不可替代的应用价值。在目前的现有技术中，阿秒脉冲的产生方式有很多。其中，主要有高次谐波、汤姆孙散射、受激拉曼散射等方式。但是，鉴于高次谐波谱在截止位置附近呈现出超连续结构的特征，因此人们将利用原子分子产生高次谐波来获得阿秒脉冲作为首选方案。同时，还提出了各种方案来控制高次谐波发射从而合成阿秒脉冲。例如，Christov等人提出采用线偏振的只有几个光学周期的超短脉冲来产生孤立的阿秒脉冲,后来人们又提出了多种方案来不断优化高次谐波谱，例如利用双色场、偏振门、双光学门等。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种阿秒光脉冲的产生方法和装置，从而可以得到一种优质的阿秒光脉冲。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种阿秒光脉冲的产生装置，该装置包括：气体喷嘴11、光源、第一分束镜、第二分束镜、马赫-曾德干涉仪、第一时间延迟线、第二时间延迟线、第三时间延迟线和太赫兹脉冲发生器；所述气体喷嘴，用于喷出超声速的包含预设气体的气团；所述光源，用于输出激光光束；所述第一分束镜，用于将所述光源输出的激光光束分成两个光束：第一光束和第二光束，并将第一光束通过第一时间延迟线输出到马赫-曾德干涉仪，将第二光束输出到第二分束镜；其中，所述第一光束和第二光束的能量比为1:9；所述第二分束镜，用于将第二光束分成两个光束：第三光束和第四光束，并将第三光束输出到太赫兹脉冲发生器，将第四光束通过第二时间延迟线输出到第一会聚透镜；其中，所述第三光束和第四光束的能量比为1:9；所述第一会聚透镜，用于将第四光束会聚于气体喷嘴上方，作为电离激光脉冲，将气体喷嘴喷出的气团电离成等离子体；所述太赫兹脉冲发生器，用于根据第三光束向等离子体输出太赫兹脉冲波；其中，太赫兹脉冲波的输出方向与电离激光脉冲的输出方向相反，且垂直于气体喷嘴喷出气体的方向；所述马赫-曾德干涉仪，用于根据第一光束向气体喷嘴输出两路方向相反的探测光束，对等离子体进行监测并诊断；其中，所述马赫-曾德干涉仪中设置有第三时间延迟线；所述探测光束的输出方向与电离激光脉冲的输出方向垂直；所述第一时间延迟线、第二时间延迟线和第三时间延迟线，用于调整所在光路的延迟时间，使得所述电离激光脉冲、太赫兹脉冲波和马赫-曾德干涉仪的两路探测光束同时到达所述等离子体。较佳的，所述预设气体为氩气。较佳的，所述第一时间延迟线、第二时间延迟线和第三时间延迟线均包括两个反射镜。较佳的，该装置还进一步包括：第二会聚透镜；所述第二会聚透镜，用于会聚经等离子体前沿反射而来的变频后的阿秒光束并输出。较佳的，该装置还进一步包括：光谱仪；所述光谱仪，用于分析出所接收的阿秒光束的波长和强度。较佳的，该装置还进一步包括：第三会聚透镜；所述第三会聚透镜，用于会聚马赫-曾德干涉仪中重合后的两个激光光束并输出。较佳的，该装置还进一步包括：成像装置；所述成像装置，用于对由第三会聚透镜会聚后的激光光束成像。较佳的，所述太赫兹脉冲发生器包括：GaAs天线和抛物面镜；所述GaAs天线，用于根据第三光束输出太赫兹脉冲波；所述抛物面镜，用于会聚GaAs天线输出的太赫兹脉冲波，并向等离子体输出会聚后的太赫兹脉冲波。本专利技术还提供了一种阿秒光脉冲的产生方法，该方法包括如下步骤：使用气体喷嘴喷出超声速的包含预设气体的气团；使用第一分束镜将光源输出的激光光束按照能量比1:9分成第一光束和第二光束；将第一光束通过第一时间延迟线输出到马赫-曾德干涉仪；使用第二分束镜将第二光束按照能量比1:9分成第三光束和第四光束；将第三光束输出到太赫兹脉冲发生器，将第四光束通过第二时间延迟线输出到第一会聚透镜；第一会聚透镜将第四光束会聚于气体喷嘴上方，作为电离激光脉冲，将气体喷嘴喷出的气团电离成等离子体；太赫兹脉冲发生器根据第三光束向等离子体输出太赫兹脉冲波；马赫-曾德干涉仪根据第一光束向气体喷嘴输出两路方向相反的探测光束，对等离子体进行监测并诊断；调节第一时间延迟线、第二时间延迟线和第三时间延迟线，使得所述电离激光脉冲、太赫兹脉冲波和马赫-曾德干涉仪的两路探测光束同时到达所述等离子体；通过马赫-曾德干涉仪实时监测最终产生的等离子体密度线形，并且间接监测太赫兹脉冲波与等离子体前沿的碰撞位置；调节等离子体密度线形的参数和光源输出的激光光束的强度，得到不同中心频率、不同脉冲宽度的阿秒光源。较佳的，使用第二会聚透镜会聚经等离子体前沿反射而来的变频后的阿秒光束并输出到光谱仪；通过光谱仪分析出所接收的阿秒光束的波长和强度。较佳的，使用第三会聚透镜会聚马赫-曾德干涉仪中重合后的两个激光光束并输出到成像装置；通过成像装置对由第三会聚透镜会聚后的激光光束成像。由上述技术方案可见，在本专利技术的技术方案中，由于设计了合理的气体喷嘴和与激光脉冲同步的控制系统，通过气体喷嘴喷出超声速的气团，通过马赫-曾德干涉仪有效地实时监测最终产生的等离子体密度线形，并且间接监测太赫兹脉冲与等离子体前沿的碰撞位置，然后可通过双多普勒效应的精确计算，因而可以有效地将相对论因子等参数反馈到超声速气团控制系统(即气体喷嘴)，调节气团的参数，从而达到等离子体前沿的参数优化，进而利用太赫兹脉冲与等离子体前沿碰撞时发生的双多普勒效应实现了光子蓝移和阿秒光脉冲的获取，最终得到优质的阿秒光脉冲，为研究微观超快现象及强场物理提供了一种切实可行的阿秒光源。而且，可以根据实际应用的需要，通过调节等离子体密度线形的参数和激光强度，有效控制双多普勒效应因子，得到太赫兹脉冲碰撞后，经双多普勒效应后的不同中心频率，不同脉冲宽度的阿秒光源，从而可以控制所生产的阿秒光脉冲的频率和脉冲宽度。附图说明图1为本专利技术实施例中的阿秒光脉冲的产生装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例中的太赫兹泵浦光所致等离子体与电离前沿相遇的干涉图样以及等离子体密度线形顶视图。图3为本专利技术实施例中太赫兹脉冲波经电离前沿反射变频原理示意图。图4为本专利技术实施例中双多普勒效应的物理机制示意图。图5为本专利技术实施例中相对论反射镜的形成条件的示意图。图6为本专利技术实施例中的阿秒光脉冲的产生方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例中的阿秒光脉冲的产生装置的结构示意图。如图1所示，本专利技术实施例中的阿秒光脉冲的产生装置包括：气体喷嘴11、光源12、第一分束镜BS1、第二分束镜BS4、马赫-曾德干涉仪13、第一时间延迟线14、第二时间延迟线15、第三时间延迟线16和太赫兹脉冲发生器17；所述气体喷嘴11，用于喷出超声速的包含预设气体的气团；所述光源12，用于输出激光光束；所述第一分束镜BS1，用于将所述光源12输出的激光光束分成两个光束：第一光束和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阿秒光脉冲的产生装置，其特征在于，该装置包括：气体喷嘴、光源、第一分束镜、第二分束镜、马赫‑曾德干涉仪、第一时间延迟线、第二时间延迟线、第三时间延迟线和太赫兹脉冲发生器；所述气体喷嘴，用于喷出超声速的包含预设气体的气团；所述光源，用于输出激光光束；所述第一分束镜，用于将所述光源输出的激光光束分成两个光束：第一光束和第二光束，并将第一光束通过第一时间延迟线输出到马赫‑曾德干涉仪，将第二光束输出到第二分束镜；其中，所述第一光束和第二光束的能量比为1:9；所述第二分束镜，用于将第二光束分成两个光束：第三光束和第四光束，并将第三光束输出到太赫兹脉冲发生器，将第四光束通过第二时间延迟线输出到第一会聚透镜；其中，所述第三光束和第四光束的能量比为1:9；所述第一会聚透镜，用于将第四光束会聚于气体喷嘴上方，作为电离激光脉冲，将气体喷嘴喷出的气团电离成等离子体；所述太赫兹脉冲发生器，用于根据第三光束向等离子体输出太赫兹脉冲波；其中，太赫兹脉冲波的输出方向与电离激光脉冲的输出方向相反，且垂直于气体喷嘴喷出气体的方向；所述马赫‑曾德干涉仪，用于根据第一光束向气体喷嘴输出两路方向相反的探测光束，对等离子体进行监测并诊断；其中，所述马赫‑曾德干涉仪中设置有第三时间延迟线；所述探测光束的输出方向与电离激光脉冲的输出方向垂直；所述第一时间延迟线、第二时间延迟线和第三时间延迟线，用于调整所在光路的延迟时间，使得所述电离激光脉冲、太赫兹脉冲波和马赫‑曾德干涉仪的两路探测光束同时到达所述等离子体。...

【技术特征摘要】
1.一种阿秒光脉冲的产生装置，其特征在于，该装置包括：气体喷嘴、光源、第一分束镜、第二分束镜、马赫-曾德干涉仪、第一时间延迟线、第二时间延迟线、第三时间延迟线和太赫兹脉冲发生器；所述气体喷嘴，用于喷出超声速的包含预设气体的气团；所述光源，用于输出激光光束；所述第一分束镜，用于将所述光源输出的激光光束分成两个光束：第一光束和第二光束，并将第一光束通过第一时间延迟线输出到马赫-曾德干涉仪，将第二光束输出到第二分束镜；其中，所述第一光束和第二光束的能量比为1:9；所述第二分束镜，用于将第二光束分成两个光束：第三光束和第四光束，并将第三光束输出到太赫兹脉冲发生器，将第四光束通过第二时间延迟线输出到第一会聚透镜；其中，所述第三光束和第四光束的能量比为1:9；所述第一会聚透镜，用于将第四光束会聚于气体喷嘴上方，作为电离激光脉冲，将气体喷嘴喷出的气团电离成等离子体；所述太赫兹脉冲发生器，用于根据第三光束向等离子体输出太赫兹脉冲波；其中，太赫兹脉冲波的输出方向与电离激光脉冲的输出方向相反，且垂直于气体喷嘴喷出气体的方向；所述马赫-曾德干涉仪，用于根据第一光束向气体喷嘴输出两路方向相反的探测光束，对等离子体进行监测并诊断；其中，所述马赫-曾德干涉仪中设置有第三时间延迟线；所述探测光束的输出方向与电离激光脉冲的输出方向垂直；所述第一时间延迟线、第二时间延迟线和第三时间延迟线，用于调整所在光路的延迟时间，使得所述电离激光脉冲、太赫兹脉冲波和马赫-曾德干涉仪的两路探测光束同时到达所述等离子体。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述预设气体为氩气。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一时间延迟线、第二时间延迟线和第三时间延迟线均包括两个反射镜。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还进一步包括：第二会聚透镜；所述第二会聚透镜，用于会聚经等离子体前沿反射而来的变频后的阿秒光束并输出。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金海，张少华，蔡禾，张旭涛，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11