一种惰性气体的非线性折射率系数的测量装置和测量方法，其原理是通过测量特定中心频率处的飞秒激光脉冲在一个充有待测惰性气体的空心波导中传播时积累的非线性光谱展宽随惰性气体气压的变化，并经过数据分析得到此气体在这个特定中心频率处的非线性折射率系数。装置构成是在位于飞秒激光脉冲行进的光路上分别为聚焦透镜、内置空心光纤的充惰性气体管、散射屏和光谱仪，以及与惰性气体管相连的气压计，惰性气体瓶和真空泵。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及惰性气体，特别是一种惰性气体的非线性折射率系数的测量装置和方法。
技术介绍
随着啁啾脉冲放大(CPA)技术和光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)技术的发展，现代大型激光系统可以发射拍瓦(1015瓦)量级的超强激光束。高强度激光光束的传播受到非线性光学效应的显著影响。在涉及高强度激光光束的传播和与气体介质相互作用的实验和激光系统中，准确的知道介质的非线性折射率1!2至关重要。具体来说，高功率激光系统发射的光束需要经过细致的设计，从而避免112相关的效应，如自相位调制和自聚焦。另外，现代激光技术的许多应用还得益于这些效应，如大气激光雷达(LiDAR)实验，白光超连续谱产生， 及成丝效应等。非线性折射率n2起源于三阶非线性效应，被描述为折射率的偏移，其大小正比于光强，比例因子即n2。对于非线性折射率n2的实验研究开始于上世纪70年代，当时纳秒强激光脉冲技术开始出现。随着激光技术的发展，上世纪90年代早期专利技术的Z-scan技术成为本领域一个技术突破。此方法功能强大，为大量的非线性系数测量提供了实验基础。考虑到技术上的困难和必要的强聚焦，几乎只有固体和液体适合用此方法测量。为了测量气体的非线性折射率系数n2，利用各种非线性效应的其它技术相继出现，如利用“电场诱发二次谐波产生”的效应，三次谐波产生，传播导致的光谱畸变，自聚焦， 光谱干涉等。尽管这些方法中的一些可以提供准确的测量，但是其实验装置非常复杂，过程控制和测量的要求很高，数据分析方法也很繁琐。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种。本专利技术技术解决方案的实质是利用波导结构均勻延长非线性相互作用距离从而将微弱的非线性效应放大到便于测量的程度。同时，通过理论分析建立起了测量中涉及的各个参量之间的比例关系，通过数量上的比例关系得到待测的惰性气体非线性折射率系数。本专利技术的具体技术解决方案是一种测量惰性气体非线性折射率系数的测量装置，特点在于其构成是在飞秒激光脉冲行进的方向上依次是耦合透镜、内置空心光纤的惰性气体管和散射屏，在散射屏的散射光方向设置光谱仪，所述的惰性气体管的一端与待测的惰性气体瓶相连，另一端分别与真空泵和气压计相连接，所述的耦合透镜将具有一定中心频率Qci的飞秒激光脉冲耦合进入惰性气体管中的空心光纤中。利用所述的测量惰性气体非线性折射率系数的测量装置进行惰性气体非线性折射率系数的测量方法，其特征在于该方法的测量步骤如下①开启真空泵和惰性气体管连通的阀门，使用真空泵将惰性气体管中的气体抽干净，气压由气压计检测，直到示数显示0值，断开真空泵和惰性气体管之间的阀门，关闭真空泵；②将中心频率为COtl的入射飞秒激光脉冲通过耦合透镜耦合到惰性气体管中的空心光纤中，由光谱仪测量经过散射屏散射的出射脉冲光的光谱，并记录此数据；③打开惰性气体瓶与惰性气体管之间的阀门，充入一定气压的氩气，气压值由气压计检测，当气压达到一个初始值，关闭惰性气体瓶与惰性气体管之间的阀门；④将中心频率为Oci入射飞秒激光脉冲通过耦合透镜耦合到惰性气体管中的空心光纤中，由光谱仪测量经过散射屏散射的出射脉冲光的光谱，并记录此数据；⑤重复步骤③，使惰性气体管的气压增加一定气压值，关闭惰性气体瓶与惰性气体管之间的阀门；⑥重复步骤④，获得新的光谱数据；⑦重复步骤⑤和⑥，直至完成光谱测量，获得不同气压下的光谱展宽数据S(co)， 即光谱强度随角频率ω的分布；⑧用公式=〈(《-叫)2〉-〈…-卿；^计算每个气压下光谱展宽数据S(co)的光谱宽度Δ ω_，其中角括号的定义为Αω压的变化，其中△ Qi是入射光谱宽度，经过线性拟合，得到光谱展宽因子卩，随气压的变化的斜率值 Sto(GJci) = 0.01783 ；⑨改变惰性气体瓶(6)，换成另一种待测的惰性气体，重复步骤① ⑧，得到在中权利要求1.一种测量惰性气体非线性折射率系数的测量装置，特征在于其构成是在飞秒激光脉冲行进的方向上依次是耦合透镜(1)、内置空心光纤的惰性气体管( 和散射屏(3)，在散射屏C3)的散射光方向设置光谱仪G)，所述的惰性气体管( 的一端与待测的惰性气体瓶(6)相连，另一端分别与真空泵(5)和气压计(7)相连接，所述的耦合透镜⑴将具有一定中心频率Coci的飞秒激光脉冲耦合进入惰性气体管O)中的空心光纤中。2.权利要求1所述的测量惰性气体非线性折射率系数的测量装置进行惰性气体非线性折射率系数的测量方法，其特征在于该方法的测量步骤如下①开启真空泵(5)和惰性气体管(2)连通的阀门，使用真空泵(5)将惰性气体管(2) 中的气体抽干净，气压由气压计(7)检测，直到示数显示O值，断开真空泵( 和惰性气体管⑵之间的阀门，关闭真空泵(5)；②将中心频率为Qci的入射飞秒激光脉冲通过耦合透镜(1)耦合到惰性气体管O)中的空心光纤中，由光谱仪(4)测量经过散射屏(3)散射的出射脉冲光的光谱，并记录此数据；③打开惰性气体瓶(6)与惰性气体管( 之间的阀门，充入一定气压的氩气，气压值由气压计(7)检测，当气压达到一个初始值，关闭惰性气体瓶(6)与惰性气体管( 之间的阀门；④将中心频率为Qci入射飞秒激光脉冲通过耦合透镜(1)耦合到惰性气体管O)中的空心光纤中，由光谱仪(4)测量经过散射屏(3)散射的出射脉冲光的光谱，并记录此数据；⑤重复步骤③，使惰性气体管( 的气压增加一定气压值，关闭惰性气体瓶(6)与惰性气体管⑵之间的阀门；⑥重复步骤④，获得新的光谱数据；⑦重复步骤⑤和⑥，直至完成光谱测量，获得不同气压下的光谱展宽数据S (ω)，即光谱强度随角频率ω的分布；⑧用公式全文摘要一种惰性气体的非线性折射率系数的测量装置和测量方法，其原理是通过测量特定中心频率处的飞秒激光脉冲在一个充有待测惰性气体的空心波导中传播时积累的非线性光谱展宽随惰性气体气压的变化，并经过数据分析得到此气体在这个特定中心频率处的非线性折射率系数。装置构成是在位于飞秒激光脉冲行进的光路上分别为聚焦透镜、内置空心光纤的充惰性气体管、散射屏和光谱仪，以及与惰性气体管相连的气压计，惰性气体瓶和真空泵。文档编号G01N21/41GK102156111SQ201110129428公开日2011年8月17日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日专利技术者冷雨欣, 徐至展, 王丁 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种测量惰性气体非线性折射率系数的测量装置，特征在于其构成是：在飞秒激光脉冲行进的方向上依次是耦合透镜（１）、内置空心光纤的惰性气体管（２）和散射屏（３），在散射屏（３）的散射光方向设置光谱仪（４），所述的惰性气体管（２）的一端与待测的惰性气体瓶（６）相连，另一端分别与真空泵（５）和气压计（７）相连接，所述的耦合透镜（１）将具有一定中心频率ω０的飞秒激光脉冲耦合进入惰性气体管（２）中的空心光纤中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王丁，冷雨欣，徐至展，
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：31
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