[发明专利]基于荧光光谱的超高激光光强远程测量方法

说明书

一种基于荧光光谱的超高激光光强远程测量方法，该方法建立在测量337nm和391nm两条氮气荧光谱线强度之比的基础上，从氮气分子荧光辐射机制入手，理论推导337nm和391nm两条氮气荧光谱线强度比与飞秒激光峰值功率的关系，发现对应337nm和391nm的谱线强度比与飞秒激光脉冲的光斑半径和脉冲宽度没有关系，仅取决于激光脉冲峰值功率I₀，最后经最小二乘法曲线拟合得到一个经验公式，通过该公式我们只要测量出337nm和391nm两条谱线的相对强度之比，将其代入经验公式，即可求得飞秒激光的峰值功率，该方法对许多强场激光物理实验中激光峰值功率的远程测量、远程大气传输以及气体检测等方面都具有很重要的意义。

技术领域

本发明属于飞秒激光超高峰值光强的远程测量领域，具体涉及基于氮气分子337nm和391nm两条荧光谱线强度比值来确定飞秒激光的激光峰值强度。

背景技术

飞秒激光是一种弛豫时间在飞秒量级(10^-15秒)的超短激光脉冲，它兼具脉宽极短、频谱超宽和峰值功率极高等特性。近年来，伴随着锁模技术和啁啾脉冲放大技术的发展，飞秒激光技术的发展已经日渐成熟。

首先从时间尺度上，早在1986年，贝尔实验室就获得了脉冲宽度为6fs以下的少数周期飞秒激光脉冲，极短的脉冲宽度使得飞秒激光脉冲具有极高的时间分辨率。其次，从能量尺度上，早在1996年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore NationalLaboratory)就获得了峰值功率为1.25PW(10¹⁵W)的飞秒激光脉冲，这也是人类有史以来首次实现峰值功率为拍瓦量级的激光输出，经过聚焦后，峰值功率如此高的激光脉冲被压缩到接近波长尺度的空间内，其光强可达10²²W/cm²甚至更高，如此高的光强可以电离聚焦区域的任何分子，这为科学工作者更加深入地研究光与物质的相互作用提供了强有力的工具。

激光光强是指单位面积上的光功率，在线性条件下，改变入射光的峰值功率与光斑面积都可以有效地改变光强。然而，当研究飞秒激光在空气中传播时的峰值光强时，由于其产生的超高光强则必须考虑各种非线性效应，例如等离子体的散焦，这种情况下，就无法用线性聚焦理论分析，另外由于飞秒激光产生的超高光强而导致的非线性效应在众多科研方向和工程项目上有重大的应用，例如大气远程探测、太赫兹产生、激光引雷、激光降雪、少数周期脉冲产生等，因此，如何有效地控制飞秒激光的峰值光强也是非线性光学领域的一个基础课题。

对飞秒激光超高峰值光强进行测量一直都是一项十分具有挑战性的课题任务，目前我国发表的关于飞秒激光超高光强测量的相关专利有：

专利授权公告号：CN 2674419Y，其公开了一种用于测量强激光脉冲光强分布的测试系统，其沿着光束前进方向依次摆放汇聚透镜、第一劈板、第二劈板、成像透镜、中性衰减片、二维电荷耦合装置摄像机并固定于一滑板上，滑板固定于精密滑轨上，还需一台计算机的输入端与该二维电荷耦合装置摄像机的数据输出端相连，该技术方案不仅结构复杂，光学元件较多，光路需要精密导轨来调节控制，而且其方案最终只能测量得到激光脉冲光束截面的相对光强分布，并不能得到定量的激光峰值光强。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术无法得到确切的超强激光峰值光强定量值的问题，提出一种测量飞秒激光超高峰值光强的方法——基于荧光光谱的超高激光光强远程测量，该方法基于氮气分子的荧光光谱可以实现强场激光物理实验中飞秒激光峰值强度的远程测量。

本发明采用的技术方案是：

一种基于荧光光谱的超高激光光强远程测量方法，该方法的测量步骤如下：

第1、将待测飞秒激光器发出的超强飞秒激光光束照射到第一透镜进行聚焦，经聚焦后的激光光束对空气中的氮气进行电离激发荧光；

第2、用第二透镜将飞秒激光电离激发的氮气荧光聚焦于光谱仪接光口，并由该光谱仪探测所述氮气荧光光谱；