[发明专利]一种提高飞秒脉冲信噪比方法及其实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及提高超短脉冲输出信噪比的技术，具体涉及一种提高飞秒脉冲信噪比方法及其实现装置。

背景技术

超短脉冲(脉宽一般为fs)作为光源，形成了多种时间分辨光谱技术和泵浦、探测技术，例如：时间分辨荧光光谱技术，飞秒条纹相机，全光取样、电光取样测量，交叉相位调制技术，超高时间分辨扫描探针显微技术。由于脉宽很短，带宽很宽的优点，超短脉冲在高速光通信也备受青睐。在峰值功率方面上，由于CPA和OPCPA技术的引进，超短超强激光的发展日新月易。激光系统的峰值功率突飞猛进的增加。超短超强激光由于其极高的峰值功率提供了高温，高压等极端物理条件，并由此诞生了一门新的物理学分支(强场物理)，当前高达10²²w/m²的超强激光强度已经获得。由于这样高功率的获得，水窗X射线源，电子加速，相对论聚焦的研究导致了新的科学发现。在惯性约束核聚变中，由于超高强度的峰值功率给激光点火提供了有利的条件，因此超强脉冲在激光点火中(ICF)有很高的应用价值。另外，超短超强激光等离子体相互作用方面，超短超强激光能够产生Gbar的压强和超高温，超高密度的等离子体，即可以在实验室创造恒星才有的条件。

在工业上，超短脉冲由于脉冲短，被加工对象的破坏阈值越低，加工精度越高，因此，为创造新的工业高新技术提供一个开发平台。但是这些应用对脉冲的信噪比都有很高的要求。因为，当激光峰值功率增加的同时也带来了比较高功率的噪声，这里的噪声是在高功率激光系统中，由于泵浦光放大的自发辐射(ASE)会给产生的脉冲带来纳秒数量级的底座，和由于展宽器带来的光谱剪切，高阶色散，而这些在脉冲压缩时，由于压缩器不能精确补偿高阶色散会给产生的脉冲带来预脉冲，当预脉冲的峰值功率超过介质的电离阈值(10¹⁰w/m²)，介质会因为预脉冲跟介质电离，从而改变介质的属性，影响主脉冲与介质的相互作用，更严重的是阻止主脉冲与介质发生作用。这点在ICF激光点火，超精细激光加工是非常重要的。所以在高功率激光系统中提高OPCPA输出脉冲信噪比是非常重要的。

国内外的一些提高飞秒脉冲信噪比的方法：比如，饱和吸收体，非线性偏转旋转，交叉偏振波，等离子体镜等等，这些方法提高信噪比一般最多只能提高4个量级，而且会损失大部分飞秒脉冲的能量。而随着激光峰值功率的飞速发展，信噪比的提高需要进一步加大，因此，一种更大的提高飞秒脉冲信噪比和能量损失少的技术的提出是非常有必要的。

发明内容

本发明旨在提供一种提高飞秒脉冲信噪比方法及其实现装置，以解决传统提高信噪比的方法提升量级有限、且在此过程中造成较大能量损失的问题。

本发明的技术思想是：采用超快响应时间的kerr介质，即在玻璃薄片上掺杂有Bi₂O₃，此介质的响应时间可以达到200fs。从激光器输出的飞秒脉冲经过严格同步在此介质中发生简并四波混频作用，利用得到的相位共轭波来提高注入的飞秒脉冲信号光的信噪比。

基于技术思想，本发明的技术方案如下：

一种提高飞秒脉冲信噪比方法，包括以下步骤：

(1)将系统接收的泵浦光分成能量相等的两束光；

(2)调整步骤(1)所述的两束光，使这两束光的传播方向相反；同时调整系统的输入信号光的方向与所述两束光其中任一的夹角为0.5-3°；(信号光与前向泵浦光的夹角为0.5-1°，最大角度3度，角度过小两束光不能很好的分开，造成光路结构不紧凑，角度大了会由于角色散影响光束质量。)

(3)所述两束光作为前向泵浦光和后向泵浦光，与所述输入信号光保持同步，发生简并四波混频作用，产生相位共轭波；

(4)所述相位共轭波，即高信噪比的飞秒脉冲信号光。(一般地，在时间上，预脉冲在主脉冲前面的几个皮秒。我们利用响应时间在200飞秒的克尔介质，让预脉冲和主脉冲分别通过简并的四波混频作用产生相位共轭波。由于预脉冲的强度小，在克尔介质发生三阶非线性效应时的耦和效率很低，从而产生的共轭波的强度非常小，相反，主脉冲的强度大，产生的共轭波强度很大。即我们通过产生的共轭波消减了原来预脉冲的强度，同时基本保证了主脉冲的强度。这样，我们最后得到的共轭波的信噪比得到了很大的提高。)

上述步骤(1)中，所述泵浦光首先经过啁啾脉冲放大器放大；步骤(2)中，所述输入信号光首先经光参量啁啾脉冲放大器。