[发明专利]利用飞秒激光实时测量反射镜损伤阈值的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种利用飞秒激光实时测量反射镜损伤阈值的测量装置及方法。

背景技术

飞秒激光与物质的相互作用是近来研究热点之一，特别是应用于惯性约束核聚变(ICF)点火、激光加速粒子方面，1960年美国人Maiman才发明了第一台红宝石激光器，1962年调Q技术的出现使人们获得纳秒(ns)量级的激光脉冲，在1963年激光锁模技术的发明使得脉宽进入皮秒(ps)量级，此后激光技术的发展较为平缓，直到1985年D.Strickland和G.Mouro提出啁啾脉冲放大技术(Chirped-pulse Amplification,CPA)使得高功率的小型台式化激光器的产生成为现实，但随之而来的问题是高功率激光的传输需要损伤阈值较高的光学元件，特别是用于飞秒激光的反射镜,因此对于反射镜损伤阈值的研究尤为重要，不同于一般的长脉冲激光(例如皮秒、纳秒等)损伤，飞秒激光的作用时间短，瞬时的损伤不同于长脉冲作用在反射镜损伤的热扩散过程，主要是激光电场效应损伤，因此实时测量飞秒激光对反射镜的损伤超快过程必须采用飞秒量级的光来作为探针，飞秒探针光可以探测到入射激光对反射镜瞬间损伤，产生表面等离子体，探针光经过后可以携带等离子体膨胀过程、密度分布信息，根据这些信息在此基础上对反射镜膜层进行改进，因此实时测量反射镜的损伤阈值对之后飞秒激光的传输乃至激光技术的发展有重要意义。

在飞秒激光作为探针探测等离子体密度，这主要基于光的干涉原理，等离子体密度探测中，由于存在等离子体的区域折射率不同于一般光路，引入的微小光程差反映在干涉条纹中。Mitsuo Takeda在文章“Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry”中利用傅里叶变换法提取干涉图中的相位信息，干涉条纹的强度I(x,y)分布：

A(x,y)表示条纹的背景，B(x,y)为干涉区条纹光强变化振幅,和分别表示空间载波频率，

φ(x,y)为被测波前的相位分布；将干涉条纹的强度分布作傅里叶变换：

i(x,y)干涉条纹在频域的分布表达式，频域中a(f_x,f_y)为基频分量，与为包含相位的高频项，将二者之一滤出移到基频位置，做傅里叶逆变换，得到：

C(x,y)＝b(x,y)exp(iφ(x,y))＝FFT^-1(b′(f_x,f_y))

C(x,y)为包含相位信息的中间变换项，φ_m表示探针光经过等离子体区域引入的相位变化，则

利用傅里叶变换方法得到的相位信息结合阿贝逆变换得到等离子体区域密度分布，损伤瞬间可以通过采集到的干涉图得到判断损伤情况。

Y.Ping等人在文章“Dynamics of Relativistic Laser-Plasma Interaction on Solid Targets”中发现当激光与固体靶作用，产生损伤时由于等离子体面的移动，散射光谱有一定的偏移，损伤程度不同，光谱的偏移量也不同。

在高功率激光输出时，利用半波片改变输出能量较为常见，半波片后为保证偏振度再加偏振分束片，使得输出光的某一偏振分量完全透过或者反射，这样的组合可以保证偏振的情况下较为方便的改变输出能量。

发明内容

基于目前的超快探测过程，根据激光加速实验中入射光谱的移动情况，本发明提出了一种可以实时监测不同能量不同功率密度情况下飞秒激光对一般反射镜的损伤情况的测量装置及方法，可用于光学镀膜领域中损伤阈值的测量，并结合干涉测量，从得到的干涉图像中分析其损伤的物理过程，对飞秒反射镜损伤阈值的提高方法改进有指导性意义。

本发明的一个目的在于提出一种利用飞秒激光实时测量反射镜损伤阈值的测量装置。