[發明專利]一種提升高能短脈沖激光信噪比的方法

有效

• 申請號: 201410256468.7
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104102064B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 張穎;黃晚晴;耿遠超;王文義;劉蘭琴;孫立;謝娜;王曉東
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 史霞

技術領域

本發明屬于高能短脈沖激光領域，具體涉及一種提升高能短脈沖激光信噪比的方法。

背景技術

高能短脈沖激光裝置的發展為激光與物質相互作用的研究開拓了新的研究領域。在脈沖主峰到達之前，預脈沖就可能和靶發生作用，產生預等離子體。理論研究表明，預脈沖強度超過10⁸W/cm²，它與固體靶的相互作用產生的預等離子就足以使靶發生有害的改變，使得脈沖主峰不能與靶發生預期的相互作用。因此，抑制預脈沖、提高脈沖的信噪比具有重要的研究意義。

提高脈沖信噪比的常見方法有以下幾種：一是電光方法；二是利用介質對不同強度光的吸收或反射的系數不同，如可飽和吸收體，等離子鏡等；三是利用非線性參量過程，如倍頻或光參量放大。另外還有交叉偏振波方法等等。上述方法各有優缺點，如電光方法效率高，但只能抑制主脈沖前ns量級的預脈沖；等離子體鏡用于裝置末級，但是它的效率低、容易損壞；光參量放大需要提供與信號光相匹配的泵浦光，增加了光路的復雜度和造價，同時還存在泵浦光噪聲向信號光轉移的問題；交叉偏振波是近年來發展較快的信噪比提升方式，但是它要求脈沖的功率密度在TW/cm²量級，只能用于裝置的前級，目前報道的效率<20％。05年AmandineRenault等人首次提出利用非線性Sagnac干涉提高信噪比得方法，并在實驗上利用該方法將經壓縮器壓縮后的脈寬55fs，能量1mJ的激光脈沖的信噪比提高了4個數量級。與其他方法相比，非線性Sagnac干涉法理論上能用來直接提升大能量超短脈沖的信噪比。但是，該方法為環形結構，輸入輸出鏡為同一片半透半反鏡，反激光非常嚴重，對前級光路的安全運行構成威脅；同時該方法要求順時針和逆時針傳輸的光路時間空間完全重合，調試存在較大的難度；最為重要的是該方法為了破壞環形腔的對稱結構，在環中插入了衰減片，衰減片的透過率一般選在40％～60％，衰減片的存在使光路的效率降低了一半。

綜上所述，需要一種高效的、易于調節的提升高能短脈沖激光信噪比的方法。

發明內容

針對上述不足，提升高能短脈沖激光信噪比效率低，調試難度大等不足，本發明提供一種提升高能短脈沖激光信噪比的方法。本發明將光路的時間調節和空間調節分開進行，極大的降低了調試的難度，在光路中不加入衰減片，可以有效提升光路的效率。本發明主要包括以下內容：

一種提升高能短脈沖激光信噪比的方法，包括以下步驟：

步驟一、根據高能短脈沖激光中的脈沖主峰峰值功率密度，選定特定長度的非線性光學介質，使通過非線性光學介質的脈沖主峰產生π的奇數倍的非線性相移，而高能短脈沖激光中的預脈沖和噪聲通過該非線性光學介質產生非線性相移可以忽略；

步驟二、高能短脈沖激光分束：通過第一半透半反鏡將高能短脈沖激光分成反射光束和透射光束；

步驟三、使得反射光束經過非線性光學介質，之后經過第二半透半反鏡一面，獲得第一最終反射光束；使得透射光束經過延時光路，之后經過第二半透半反鏡一面的另一面，獲得第一最終透射光束，其中所述延時光路設置為使得所述反射光束和透射光束同時到達所述第二半透半反鏡；

步驟四、將第一最終反射光束和第一最終透射光束合并形成高信噪比的最終高能短脈沖激光。

優選的所述提升高能短脈沖激光信噪比的方法，所述的非線性光學介質的長度由脈沖主峰的中心波長、非線性光學介質的非線性折射率系數和脈沖主峰的峰值功率密度確定，非線性光學介質的最小長度，即通過非線性光學介質脈沖主峰的相移為π時，非線性光學介質的長度L₁由下面關系式確定：

L1=λ0n2I0]]>

其中L₁為非線性光學介質最小長度，λ₀為脈沖主峰的中心波長，n₂為非線性光學介質的非線性折射率系數，I₀為脈沖主峰的峰值功率密度；當相移為π的奇數倍，其長度為L₁的奇數倍。