[发明专利]易调节的气体密度测量系统及其测量方法

说明书

一种易调节的气体密度测量系统，包括格林棱镜、透镜、直角反射棱镜、可调节光学镜架、水平导轨、CCD，本发明能够有效的测量气体密度的分布，具有操作简单，方便高效，应用范围广泛的优点。本发明利用光束进入直角反射棱镜后平行于原光束出射的特点，实现调节直角反射棱镜时，只有一个维度上对光束产生影响，从而降低系统调节的复杂性。本发明可用于激光等离子体相互作用的领域，特别是等离子体尾波场加速电子机制中，探测等离子体通道的形成以及气体密度的分布。

技术领域

本发明涉及激光等离子体相互作用领域中气体密度的测量，具体是一种易调节的气体密度测量系统及其测量方法。

背景技术

随着激光等离子体相互作用特别是基于尾波场加速产生高能电子束领域的快速发展，气体介质作为相互作用的关键区域，影响电子束的能量与电量，需要一定的手段探测相互作用区域内气体密度的分布。

传统的干涉仪如迈克尔逊干涉仪、泰曼干涉仪等，均采用平面镜作为反射镜，在调节平面镜时，需要保证平面镜与入射光束的方向保持垂直，平面镜如果有一个小角度的转动，就会同时引起光束俯仰和左右的变化，导致干涉条纹质量变差，甚至得不到干涉条纹。

这些方案虽然也可以用于测量气体密度分布，但是大大增加了系统调节的复杂性，费时费力，因此需要一种易于调节，精度较高的干涉系统作为测量气体密度分布的装置。

发明内容

本发明的目的是针对传统的干涉探测系统存在的缺陷，提供一种易于调节、高分辨率的易调节的气体密度测量系统，利用直角反射棱镜代替传统的平面反射镜，所述直角反射棱镜固定于可调节的光学镜架上，调节光学镜架时，直角反射棱镜在两个维度上转动，但只有一个维度上对于光束的方向产生影响，从而实现对于光束的俯仰和左右分开调节。能够有效的降低干涉系统调节的复杂性，操作简单，并且具有较高的探测分辨率。

本发明的技术解决方案如下：

一种易调节的气体密度测量系统，包括：具有入射窗片和出射窗片的真空腔，探测光束经过入射窗片进入到该真空腔内，在该真空腔内沿探测光路方向依次在光学平台上固定有第一反射镜、第二反射镜、第一激光衰减片、起偏格林棱镜、第三反射镜和短焦透镜，探测光束经出射窗片输出，在所述的第三反射镜和短焦透镜之间设有喷气阀，该喷气阀通过气体管道与真空腔外部气体瓶相连接，通过气体瓶开关控制是否喷气；沿所述的出射窗片的输出光束方向依次放置有长焦透镜、小孔光阑和分光镜，该分光镜将探测光束分为透射光束和反射光束，透射光束为光束一，反射光束为光束二，所述长焦透镜与短焦透镜之间的距离为两透镜的焦距之和；

在所述光束一光路方向设有第一直角反射棱镜，该第一直角反射棱镜的三角形平面固定于第一可调节光学镜架的上表面，该第一直角反射棱镜的斜边所对应的平面与光束一的光路方向垂直，所述光束一经该第一直角反射棱镜反射后再经所述分光镜反射后通过第二激光衰减片进入CCD；

在所述光束二光路方向设有第二直角反射棱镜，该第二直角反射棱镜三角形平面固定于第二可调节光学镜架的侧面，该第二可调节光学镜架固定在水平导轨上，第二直角反射棱镜的斜边所对应的平面与光束二的光路方向垂直，所述光束二经过第二直角反射棱镜反射后，再经所述分光镜透射后通过第二激光衰减片进入CCD 16，与光束一发生干涉。

探测光路的中心波长为800nm，反射镜对于800nm波长的光具有高反射率；所述格林棱镜作为光束的起偏器，该棱镜为透射式偏振装置，具有极高的消光比，以保证探测光束线偏振的特性；所述格林棱镜对光强具有阈值要求，为了避免光强过高损坏棱镜，需要在格林棱镜前放置合适的衰减片。

所述扩束系统由一个短焦透镜和一个长焦透镜组成，其作用是将探测光路进行放大(放大的倍数取决于两个透镜的焦距之比)，以提高探测的分辨率。