基础和应用基础研究·强激光与加速器 219 超短激光打靶光路的准直和监测 王雷剑 超短超强激光系统具有广泛的应用前景,这些应用需要结果可重复,这就要求激光系统首先必 须保持稳定的状态一个已经调整好的激光系统,即使光学元器件位置已固定,但由于温度变化、 反射镜机械结构蠕变、地基和支撑架微振动、振荡器输出光束方向漂移和其他随机因素的影响,仍 然会造成光束偏离原定光路,即入射的激光光束出现了角移和平移因此,在新一轮激光打靶前必 须重新校正光路 准直系统和监测系统示意图如图1所示该系统中的He-Ne激光器可作为模拟光源,通过M2镜 中心经M1反射,并垂直于靶室窗镜入射到离轴抛物面反射聚焦镜,与其构成成像系统,打靶实验 过程中可用于靶位的粗调瞄准M1镜和M2镜后各加一CCD,实验前分别调整M3和M2镜,使在 CCD1和CCD2上的光斑位置分别到达指定位置 此准直系统的调节精度足以满足目前在本系统上开 展的靶物理实验要求即将建立的20 TW超短激光系统因其输出激光功率高,压缩光栅以后的部分 都要放入真空才可使用,上述简单的手动准直系统则不能满足使用要求,需要建立自准直系统。
自 准直系统可利用两个四象限位置敏感探测器,分别探测光路上相距较远的两个位置(分别为近场和 远场)的光束信息,如总强度、水平偏移量和竖直偏移量,将这些偏移量经过数据采集系统反馈给 电控可调镜架,自动将光束准直这种自准直系统的精度取决于位置探测器和电控镜架的精度 图1 光路的准直和监测系统示意图 220 中国原子能科学研究院年报 2007 打靶实验中激光的脉宽和能量是重要参数脉宽测量平台示意图如图2所示在TSA激光输 出口加装45°折转镜,方便了红外激光与紫外激光的相互切换,并使红外激光和紫外激光打靶的光 路得到固定,为光路的准直和监测系统奠定了基础在光路中加装了脉宽测量平台,红外激光自相 关光仪SSA可准确的可重复的放入光路,随时可方便的测量激光脉宽 图 2 脉宽测量平台示意图 能量的监测使用光电管,线性标定光路示意图如图3所示靶室前端的激光输入镜M1,与光路 中其他反射镜相比稳定性高, 因此, 将能量监测系统放置于其后, 且对光路的准直系统无任何影响 用透镜收集M1镜后漏过的激光,并全部收集到ThorLabs/DET10A光电管的响应区内。
对光电管进 行标定时,在光进入全反镜M1前加1/8 s的相机快门,每次只通过1个光脉冲,保证采集的数据点有 一一对应关系在5~40 mJ的范围内对光电管的线性进行了标定,用Origin对数据点进行拟合,得 到特性曲线图(图4) 图4表明,光电管在此范围内有较好的线性,y =5.7+0.026x,其中,x为光电 管输出电压,y为激光能量 图3 线性标定光路示意 基础和应用基础研究·强激光与加速器 221 图4 特性曲线图 非球面镜聚焦在打靶实验中的应用 王雷剑 反射式离轴非球面镜(OPA)可避免激光穿过透镜介质时所产生的脉冲展宽、波前畸变等非线 性效应,在高功率超短脉冲与物质相互作用实验中,通常采用这种方式聚焦 靶室内聚焦光路如图1所示在靶室抽真空后,内部折射率发生变化,斜入射会使激光偏离非 球面镜的光轴, 导致聚焦出错 因此, 激光必须垂直于靶室窗镜入射 在OAP与靶面之间加装0.2 mm 厚的挡溅射薄玻璃窗B,防止打靶实验过程中喷射的溅射物毁坏非球面镜用20/40倍国产放大物镜 使焦斑的像成于靶室之外, 用CCD可获得焦斑的参数。
在OAP和放大物镜上加装两维靶室外调节旋 钮,抽真空后,如焦斑形状发生变化,亦可进行微调靶室内非球面镜聚焦结果如图2所示 图1 靶室内OPA聚焦光路示意图 。