基于泵浦-探测技术实现纳秒激光损伤过程探测的装置和方法制造方法及图纸

一种基于泵浦

【技术实现步骤摘要】
基于泵浦
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探测技术实现纳秒激光损伤过程探测的装置和方法


[0001]本专利技术涉及泵浦探测技术，尤其是基于不同重频泵浦激光器和探测激光器实现光学元件损伤过程时间分辨测量的装置和方法。

技术介绍

[0002]激光技术的发展对光学元件抗激光损伤能力提出了越来越高的要求。利用时间分辨的泵浦探测技术获取损伤动态过程，对明确激光损伤机制，指导光学元件抗损伤能力提高具有十分重要。泵浦探测的基本原理是将一束脉冲激光作为泵浦光激发材料，用另外一束脉冲激光作为探测光。在泵浦光辐照材料的过程中，探测光经过泵浦光辐照材料的区域后进入到CCD等探测信号接收装置，从而对辐照区域材料的损伤过程实现时间分辨测量。泵浦
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探测技术可以形象地研究强激光与材料相互作用的微观机制、物理过程，其中时间分辨能力和延时控制精度是两个最重要的技术指标。在不考虑控制泵浦光和探测光之间的延时抖动的情况下，系统所获得信息的时间分辨率基本上只取决于探测光的脉宽；在保证每次超快事件的可重复性的基础上，通过递次改变探测光与泵浦光的延时，当延时可以覆盖到损伤动态行为的整个过程，就可以得到激光诱导材料损伤行为的完整信息。
[0003]在目前泵浦探测实验中，泵浦脉冲与探测脉冲之间的相对延时主要通过电延时和光延时实现。对于电延时，需要两台激光器，一台激光器用于产生泵浦脉冲，另一台激光器用于产生探测脉冲，要得到相对延时固定的两激光脉冲，两台激光器的同步成了一大难点；对于光延时，通过同一激光器进行分光操作得到两束光，这实现了泵浦脉冲和探测脉冲的同步，然而泵浦脉冲和探测脉冲之间的延时是通过光程差实现，这对于较高延时来说需要更长的光路实现，由于实验场地的限制，使得两激光脉冲的相对延时只能控制到一个较小的范围。
[0004]在研究激光诱导光学元件损伤的实验中，基于泵浦探测技术做损伤解析需要探测光具有相对较短的脉宽，这就需要两个光源，从而存在同步问题。由于相同重复频率的两个激光器之间的信号同步与延时容易实现，可以达到较高的延时控制精度，所以产生泵浦光和探测光的两个激光器重复频率常常一样。然而对于很多实验室现有条件，可用的泵浦光和探测光激光器存在重复频率不同的情况，这使得泵浦光和探测光之间的延时控制精度难以保证，造成研究人员难以利用泵浦探测技术对激光诱导材料的损伤过程实现时间分辨测量。实现不同重复频率泵浦激光器和探测激光器之间的精准同步与延时，对于泵浦探测技术的发展具有重要意义，将降低时间分辨的泵浦探测技术对激光器参数的要求门槛，使得实现时间分辨的泵浦
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探测技术更加便利。

技术实现思路

[0005]为解决上述现有技术的不足，本专利技术针对不同重频泵浦激光器和探测激光器，提出了一种基于泵浦
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探测技术实现纳秒激光损伤过程探测的装置和方法。
[0006]本专利技术的技术解决方案如下：
[0007]一种基于泵浦
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探测技术实现纳秒激光损伤过程探测的装置，其特点在于该装置包括：第一数字延时信号发生器、第二数字延时信号发生器、第三数字延时信号发生器、产生飞秒或皮秒脉冲的探测激光器、产生纳秒高能脉冲的泵浦激光器、第一快门、第二快门、聚焦透镜、高反镜、探测信号接收装置和计算机。
[0008]所述第一数字延时信号发生器的T0输出端分别与所述第二数字延时信号发生器的EXT TRIG输入端和所述第三数字延时信号发生器的EXT TRIG输入端相连接，所述第一数字延时信号发生器的A输出端连接所述第一快门的输入端，所述第一数字延时信号发生器的B输出端连接所述第二快门的输入端，所述第二数字延时信号发生器的A输出端连接所述探测激光器的输入端，所述第三数字延时信号发生器的A输出端连接所述泵浦激光器的输入端，所述泵浦激光器的输出光依次经所述第二快门和所述聚焦透镜会聚后，辐照于所述测试样品，所述探测激光器的输出光经所述第一快门后经所述高反镜反射后形成反射光；
[0009]使所述反射光平行贴近所述测试样品的辐照区域，并由所述探测信号接收装置接收，用于对所述测试样品前表面的纳秒激光损伤过程探测；或者；
[0010]使所述反射光以一定角度辐照所述测试样品的后表面，经该测试样品反射后，由所述探测信号接收装置接收，用于对所述测试样品后表面的纳秒激光损伤过程探测。
[0011]利用所述第一数字延时信号发生器输出脉冲信号作为所述第二数字延时信号发生器和所述第三数字延时信号发生器的基准信号，实现所述第二数字延时信号发生器和所述第三数字延时信号发生器的输出信号间的同步；
[0012]通过所述第二数字延时信号发生器和所述第三数字延时信号发生器的变频，实现所述探测激光器和所述泵浦激光器的输出脉冲延时，结合控制快门开闭时间从而实现对精准延时的泵浦脉冲和探测脉冲的抽取。
[0013]一种基于泵浦
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探测技术实现纳秒激光损伤过程探测的方法，具体包括以下步骤：
[0014]①
设置第一数字延时信号发生器T0输出端输出固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号即为第二数字延时信号发生器和第三数字延时信号发生器的输入基准信号；其中，所述基准信号与探测激光器输出光之间的延迟为t1，所述基准信号与泵浦激光器输出光之间的延迟为t2；
[0015]②
设置第二数字延时信号发生器的A输出端输出重复频率为mHz的脉冲信号，设置第三数字延时信号发生器的A输出端输出重复频率为nHz的脉冲信号；其中，mHz为所述探测激光器的运行频率，nHz为所述泵浦激光器的运行频率；
[0016]③
设置第二数字延时信号发生器A输出端相对于其EXT TRIG输入端的信号延时为t2‑
t1+T，若所述时间T＝0时，所述探测脉冲与所述泵浦脉冲同步，同时辐照到所述测试样品；若所述时间T为负值时，所述探测脉冲较所述泵浦脉冲在前；若所述时间T为正值时，所述探测脉冲较所述泵浦脉冲在后；
[0017]④
将所述第一数字延时信号发生器的A通道的延时设定为t1‑
t3，B通道的延时设定为t2‑
t4，则两个快门可选出同步辐照的泵浦脉冲与探测脉冲，而遮挡其余脉冲；其中，所述第一快门响应延时为t3，所述第二快门响应延时为t4；
[0018]⑤
装夹所述测试样品，依测试需求调整所述泵浦光束辐照位置及所述探测光束辐照方向、位置等，并依据所述探测信号接收装置参数在合适位置安装所述探测信号接收装
置；
[0019]⑥
开启所述探测激光器和所述泵浦激光器，所述第一快门及第二快门设置为外控模式，启动所述第一数字延时信号发生器发出周期脉冲信号，所述探测信号接收装置即可采集探测信号并传输至所述计算机上保存、处理；
[0020]⑦
移动所述测试样品位置，所述延时时间T依据实际测量需求依次更改为T1、T2、T3、T4、
…
、T
n
，重复步骤
⑥
；其中，T1<T2<T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于泵浦
‑
探测技术实现纳秒激光损伤过程探测的装置，其特征在于该装置包括：第一数字延时信号发生器(101)、第二数字延时信号发生器(102)、第三数字延时信号发生器(103)、产生飞秒或皮秒脉冲的探测激光器(104)、产生纳秒高能脉冲的泵浦激光器(105)、第一快门(106)、第二快门(107)、聚焦透镜(108)、高反镜(109)、探测信号接收装置(110)和计算机(111)；所述第一数字延时信号发生器(101)的T0输出端分别与所述第二数字延时信号发生器(102)的EXT TRIG输入端和所述第三数字延时信号发生器(103)的EXT TRIG输入端相连接，所述第一数字延时信号发生器(101)的A输出端连接所述第一快门(106)的输入端，所述第一数字延时信号发生器(101)的B输出端连接所述第二快门(107)的输入端，所述第二数字延时信号发生器(102)的A输出端连接所述探测激光器(104)的输入端，所述第三数字延时信号发生器(103)的A输出端连接所述泵浦激光器(105)的输入端，所述泵浦激光器(105)的输出光依次经所述第二快门(107)和所述聚焦透镜(108)会聚后，辐照于所述测试样品(112)，所述探测激光器(104)的输出光经所述第一快门(106)后经所述高反镜(109)反射后形成反射光；使所述反射光平行贴近所述测试样品(112)的辐照区域，并由所述探测信号接收装置(110)接收，用于对所述测试样品(112)前表面的纳秒激光损伤过程探测；或者；使所述反射光以一定角度辐照所述测试样品(112)的后表面，经该测试样品(112)反射后，由所述探测信号接收装置(110)接收，用于对所述测试样品(112)后表面的纳秒激光损伤过程探测；利用所述第一数字延时信号发生器(101)输出脉冲信号作为所述第二数字延时信号发生器(102)和所述第三数字延时信号发生器(103)的基准信号，实现所述第二数字延时信号发生器(102)和所述第三数字延时信号发生器(103)的输出信号间的精准同步；通过所述第二数字延时信号发生器(102)和所述第三数字延时信号发生器(103)的变频，实现所述探测激光器和所述泵浦激光器的输出脉冲延时，结合控制快门开闭时间从而实现对精准延时的泵浦脉冲和探测脉冲的抽取。2.一种利用权利要求1所述的纳秒激光损伤过程探测装置实现纳秒激光损伤过程探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
①
设置第一数字延时信号发生器(101)T0输出端输出固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号即为第二数字延时信号发生器(102)和第三数字延时信号发生器(103)的输入基准信号；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓凤，向程江，李大伟，赵元安，龚赫，帅坤，徐子媛，连亚飞，邵宇川，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：