[发明专利]基于激光偏振调制的脉冲伽马射线探测方法和探测系统

说明书

为了解决现有主动式激光探针伽马射线探测方法灵敏度低的技术问题，本发明提供了一种基于激光偏振调制的脉冲伽马射线探测方法和探测系统。探测方法包括步骤：1)将伽马射线通过辐射转换晶体转换为非平衡自由载流子，使辐射转换晶体材料的折射率发生瞬态变化；2)将探针激光入射至辐射转换晶体，获取不同折射率对应的水平和/或垂直偏振分量的透射率和/或反射率曲线；3)根据所得的不同折射率对应的水平和/或垂直偏振分量的透射率和/或反射率曲线，选取某一偏振光分量作为待测偏振光分量，并设计用于滤出所述待测偏振光分量的检偏光路；4)测量并记录辐射转换晶体材料折射率瞬态变化导致的所述待测偏振光分量强度的瞬态改变量。

技术领域

本发明涉及一种利用激光偏振和晶体折射率调制的脉冲伽马射线探测方法和探测系统。

背景技术

随着ICF(Inertial Confinement Fusion)、逆康普顿散射源、自由电子激光等超快辐射源的出现和发展，常规的“辐射-电”探测技术由于受限于空间电荷效应，系统的时间响应能力通常最快到亚ns(纳秒)量级，已经无法满足超快辐射脉冲的探测需求。

半导体内剩余载流子产生与弛豫时间极短(1ps)，使得脉冲伽马射线致半导体折射率瞬态变化过程非常快，这是美国利弗莫尔实验室等研究组利用激光主动探测方式取得系统超快时间响应结果(10ps)的主要原因。现有基于激光探针的脉冲辐射探测方法有两个关键环节：一是采用半导体晶体将射线粒子转换为材料折射率的瞬态变化，再将折射率瞬态变化调制到干涉仪测量臂中；二是测量并记录激光干涉信号的瞬态变化。根据这些研究结果，一方面证明采用具有短载流子寿命的半导体作为辐射转换介质，利用激光作为探针可以实现超快脉冲伽马射线时间谱的测量；另一方面目前基于该探测方法的系统探测灵敏度非常低，是该探测技术的最大短板，此外，因为基于激光方法的辐射探测技术都是“主动”探测，通常都存在激光直流本底，当采用光电倍增管或光学条纹相机等高增益的光电转换器件时，直流激光越高越不利于测量，并且可能会对大光电倍增管等器件造成永久的损坏。如何进一步增强激光调制效应，改变激光传感材料折射率变化的技术思路，提高辐射→激光综合转换效率，是这一类激光主动式探测系统取得更高灵敏度的关键所在，这也是继续研究和探索更加多样的新型“辐射-光(Rad-Optic)”探测技术的现实意义。

发明内容

为了解决现有主动式激光探针伽马射线探测方法灵敏度低的技术问题，本发明提供了一种基于激光偏振调制的脉冲伽马射线探测方法和探测系统。

本发明的技术解决方案是：

基于激光偏振调制的脉冲伽马射线探测方法，其特殊之处在于，包括步骤：

1)将伽马射线通过辐射转换晶体转换为非平衡自由载流子，使辐射转换晶体材料的折射率发生瞬态变化；

2)将探针激光入射至辐射转换晶体，根据菲涅尔定理获取探针激光入射至辐射转换晶体时不同折射率对应的水平和/或垂直偏振分量的透射率和/或反射率曲线，从而将辐射转换晶体材料的瞬态折射率变化转换为激光偏振分量的瞬态变化；

3)根据步骤2)所得的不同折射率对应的水平和/或垂直偏振分量的透射率和/或反射率曲线，选取某一偏振光分量作为待测偏振光分量，并设计用于滤出所述待测偏振光分量的检偏光路；

4)测量并记录辐射转换晶体材料折射率瞬态变化导致的所述待测偏振光分量强度的瞬态改变量。

进一步地，步骤1)中所采用的辐射转换晶体应具有足够快的非平衡自由载流子弛豫时间(与待测脉冲长度相比，通常在亚ps量级)，辐射转换晶体的吸收限小于所述探针激光的波长，使辐射转换晶体对探针激光透明。

进一步地，步骤1)中所采用的辐射转换晶体，其入射端面应作抛光处理，以保证激光入射界面的均匀性，对于只利用前端面反射光的情形，至少保证其入射端面实施抛光；此外，其入射端面与出射端面应尽量平行。