超高时空分辨同轴分幅干涉诊断等离子体技术

在电磁内爆、惯性约束聚变及其它瞬态等离子体物理研究中，由于物理过程非常快，发展具有亚纳秒甚至皮秒时间分辨能力且具有高空间分辨能力的同轴分幅激光干涉诊断技术，对于研究等离子体的演化过程有重要意义。采用序列皮秒激光为探测光，序列探测光共轴入射到等离子体，利用"高速光信息开关"和多幅干涉仪产生序列分幅干涉图样，并由大面积的底片或CCD直接记录。通过对干涉图的图像和数据处理得到包含空间和时间坐标的多维等离子体电子密度信息。与高速光电分幅相机技术比较，该技术可望同时获得微米级的空间分辨能力和皮秒级的时间分辨能力。与利用激光多角度入射将图像在空间分开的空间分幅干涉诊断技术比较，该技术可以消除多角度测量带来的偏差和克服干涉图像重叠现象，并且可望获得更多的幅数。

项目开展了光信息快门（相干门）的理论研究和实验验证，提出了光信息快门的实现途径，采用短脉冲激光和Mach-Zehnder干涉腔搭建了光信息相干选通光路，采用全光方式实现了光信息的相干选通。从而利用光信息快门控制与具体物理过程有关的光信息的通和断，跳出了光线能量传输的限制，使得拍摄间隔达到皮秒量级，而且“快门”的通光口径只受光学元件尺寸限制，对图像分辨能力也没有影响。.项目研制了一套原理性的超高时空分辨同轴分幅干涉测量系统，系统由序列脉冲光路、多幅光信息相干选通光路和成像系统等组成,可以一次同轴拍摄四幅间隔34ps的干涉图像，视场范围5mm，空间分辨能力3微米，并且多幅图像之间没有相干串扰。该系统同时实现了高时间分辨能力、高空间分辨能力和同轴测量能力。.完成了图像和数据处理方法研究，实现了干涉图的相位恢复、噪声滤波和本底扣除；开发了一种反卷积快速傅立叶变换算法，可以实现不依赖Abel反演的圆柱对称等离子体的电子体密度反演计算。.开展了激光击穿空气和激光加载铝箔两种超快物理过程的超高时空分辨诊断实验；获得了空气击穿过程的皮秒分幅高分辨干涉图像，观察到激光击穿空气的“点击穿”和“串击穿”现象；获得了激光加载铝箔形成“射流”过程的皮秒分幅高分辨干涉图像，观察到“射流”前沿的表观速度超过9000km/s，“射流”头部的电子密度在10^19cm^-3量级，“射流”前沿含有能量约200～300eV的准直热电子。通过超快物理过程诊断实验，验证了超高时空分辨同轴分幅干涉诊断等离子体技术的有效性。