真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的测量方法技术

一种真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的测量方法，包括脉冲激光器、快门、能量调节器、聚焦透镜、取样镜、金属靶、样品台、能量计、计算机、真空室。该方法基于金属靶的损伤轮廓与高斯光束能量分布特性之间的关联，通过测量金属靶(106)上损伤轮廓对应面积随辐照激光能量的变化，拟合得出短脉冲激光高斯光束在真空环境中焦点位置的有效光斑面积。该方法简单可行，可以准确测量真空环境中短脉冲激光在不同入射角下的有效光斑面积。同入射角下的有效光斑面积。同入射角下的有效光斑面积。

【技术实现步骤摘要】
真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的测量方法


[0001]本专利技术涉及短脉冲激光有效光斑面积的测量，尤其是一种真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的测量方法。

技术介绍

[0002]脉冲激光，尤其是短脉冲激光，常由于峰值功率过高，在空气中传输中会产生空气击穿现象及非线性自聚焦效应，所以常需要在真空环境中传输。短脉冲激光损伤阈值测试中，短脉冲激光经过透镜聚焦后辐照于位于其焦点位置的测试元件表面。焦点附近辐照激光的峰值功率密度非常高，为了避免空气击穿及非线性自聚焦效应，测试元件需要放在真空环境中。空气环境中常用光束质量分析仪进行光斑测量，但是常规的光束质量分析仪并不适用于真空环境工作。所以解决真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的准确测量问题非常有必要，对光学元件的短脉冲激光损伤阈值测试具有非常重要意义。

技术实现思路

[0003]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的测量方法，利用金属靶的强吸收特性，基于金属靶的损伤轮廓与高斯光束能量分布特性之间的关联，准确测量真空环境中短脉冲在不同入射角的有效光斑面积。
[0004]本专利技术的技术解决方案如下：
[0005]S1搭建测量光路：
[0006]S1.1将金属靶放置在样品台上，并置于真空室；
[0007]S1.2沿短脉冲激光器的输出脉冲激光方向依次放置快门、能量调节器和聚焦透镜，沿该聚焦透镜透射光路方向，依次放置取样镜和金属靶，使脉冲激光经辐照所述金属靶的表面，且该表面位于所述聚焦透镜的焦点位置；沿所述聚焦透镜反射光路方向放置能量计，用于测量反射光的能量，并传输至计算机；所述快门、能量调节器和能量计分别与计算机相连；
[0008]S2脉冲激光辐照金属靶表面的不同区域，记录能量计的示数E
i
：
[0009]S2.1打开短脉冲激光器，输出固定频率的脉冲激光，所述计算机控制所述快门处于常开状态，使脉冲激光经辐照所述金属靶的表面某一区域；
[0010]S2.2计算机控制所述能量调节器由小到大逐渐调节光路中的激光能量，同时，人眼观测所述金属靶表面：
[0011]当所述金属靶表面开始产生可见等离子闪光，记录此时所述能量计的示数为E
0min
；
[0012]当所述金属靶表面开始产生强烈等离子闪光时，记录此时能量计的示数为E
0max
；
[0013]S2.3计算机控制快门关闭，且确保真空室处于真空状态；
[0014]S2.4计算机控制所述能量调节器调节光路中的激光能量，使得所述能量计的示数至E
0min
；
[0015]S2.5移动所述样品台，使脉冲激光经辐照所述金属靶的表面其他区域；
[0016]S2.6计算机控制所述快门抽取一个激光脉冲，并记录此时所述能量计的示数为E
0i
，其中i＝1,2,3,
…
；
[0017]S2.7计算机控制所述能量调节器，抬升光路中的激光能量；
[0018]S2.8重复S2.5～S2.7，直至抬升到所述能量计的示数E
0i
达到E
0max
为止；
[0019]S3计算短脉冲高斯光束有效光斑面积A
T,eff
：
[0020]S3.1计算脉冲激光辐照金属靶表面不同区域的能量E
i
，公式如下：
[0021]E
i
＝E
0i
N
[0022]式中，N为分光比；
[0023]S3.2利用显微镜测量各个损伤轮廓的面积S
i
；
[0024]S3.3将能量E
i
与对应损伤轮廓的面积S
i
拟合，公式如下，得到曲线斜率即为短脉冲高斯光束有效光斑面积A
T,eff
[0025]S
i
(E
i
)＝A
T,eff
*ln(E
i
)
‑
A
T,eff
*ln(A
T,eff
*H
c
)
[0026]式中，H
c
为损伤轮廓处对应的能量密度，为固定值，可通过对比任一损伤轮廓与其对应辐照高斯光束在金属靶面的能量分布获得。
[0027]本专利技术的技术效果是：
[0028]本专利技术通过测量金属靶上损伤轮廓对应面积随辐照激光能量的变化，拟合得出短脉冲激光高斯光束在真空环境中焦点位置有效光斑面积。该方法简单可行，可以准确测量真空环境中短脉冲激光不同入射角下的靶面有效光斑面积。
附图说明
[0029]图1是测量真空环境中脉冲激光高斯光束有效面积的装置示意图。
[0030]图2是计算机拟合辐照金属靶能量与损伤区域面积的关系。
[0031]图中101—脉冲激光器，102—快门，103—能量调节器，104—聚焦透镜，105—分光镜，106—金属靶，107—样品台，108—能量计，109—计算机，110—真空室。
具体实施方式
[0032]下面结合实例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此限制专利技术的保护范围。
[0033]请参阅图1。图1是测量真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的装置示意图。各部件关系如下：短脉冲激光器101输出的脉冲激光依次经过所述快门102、能量调节器103、聚焦透镜104、取样镜105后，进入真空室110辐照于所述金属靶106；所述金属靶106位于所述真空室110中并置于所述样品台107上，且其前表面位于所述聚焦透镜104的焦点位置；所述能量计108位于所述取样镜105的前表面反射光方向。所述计算机109与所述快门102、所述能量调节器103，所述能量计108连接，并实时记录所述能量计108的示数。
[0034]请参阅图2。图2是计算机拟合辐照金属靶能量与损伤区域面积的关系。
[0035]一种测量真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的方法，通过测量金属靶上损伤区域面积随辐照激光能量的数据，拟合得出短脉冲激光高斯光束在真空环境中焦点位置有效光斑面积。其特点在于该方法包括下列步骤：
[0036]①
打开短脉冲激光器101，使其按照固定频率出光；
[0037]②
将所述金属靶106放置在所述样品台107上；
[0038]③
所述计算机109控制所述快门102处于常开状态，所述计算机109控制所述能量调节器103由小到大逐渐调节光路中的激光能量；同时，人眼观测所述金属靶106表面，当所述金属靶106表面开始产生可见等离子闪光，记录此时所述能量计108的示数为E
0min
；当所述金属靶106表面开始产生强烈的等离子闪光时，记录此时能量计108的示数为E
0max
；
[0039]④
所述计算机10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种真空环境中短脉冲高斯光束有效光斑面积的测量方法，其特征在于，包括步骤如下：S1搭建测量光路：S1.1将金属靶(106)放置在样品台(107)上，并置于真空室(110)；S1.2沿短脉冲激光器(101)的输出脉冲激光方向依次放置快门(102)、能量调节器(103)和聚焦透镜(104)，沿该聚焦透镜(104)透射光路方向，依次放置取样镜(105)和金属靶(106)，使脉冲激光经辐照所述金属靶(106)的表面，且该表面位于所述聚焦透镜(104)的焦点位置；沿所述聚焦透镜(104)反射光路方向放置能量计(108)，用于测量反射光的能量，并传输至计算机(109)；所述快门(102)、能量调节器(103)和能量计(108)分别与计算机(109)相连；S2脉冲激光辐照金属靶(106)表面的不同区域，记录能量计(108)的示数E
i
：S2.1打开短脉冲激光器(101)，输出固定频率的脉冲激光，所述计算机(109)控制所述快门(102)处于常开状态，使脉冲激光经辐照所述金属靶(106)的表面某一区域；S2.2计算机(109)控制所述能量调节器(103)由小到大逐渐调节光路中的激光能量，同时，人眼观测所述金属靶(106)表面：当所述金属靶(106)表面开始产生可见等离子闪光，记录此时所述能量计(108)的示数为E
0min
；当所述金属靶(106)表面开始产生强烈等离子闪光时，记录此时能量计(108)的示数为E
0max
；S2.3计算机(109)控制快门(102)关闭，且确保真空室(110)处于真空状态；S2.4计算机(109)控制所述能量调节器(103)调节光路中的激光能量，使得所述能量计(108)的示数至E
0min
；S2.5移动所述样品台(107)，使脉冲激光经辐照所述金属靶(106)的表面其他区域；S2.6计算机(109)控制所述快门(102)抽取一个激光脉冲，并记...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓凤，龚赫，赵元安，帅坤，李大伟，陶春先，朱翔宇，邵建达，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：