[发明专利]一种提升超短脉冲激光信噪比的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于超短脉冲信激光噪比的提升领域，具体涉及一种基于非线性椭圆偏振旋转效应的超短脉冲激光信噪比实现装置及方法。

背景技术

脉冲极短和强度极高的飞秒激光将显示独特的光学特性，并且将创造研究重大科学问题的新途径。所形成的超强电场已经可与原子中电子所受的束缚电场相比拟。这种强电场与物质相互作用所产生的新现象以及物理机理是强场物理的主要研究内容。同时飞秒高峰值功率的激光也是产生激光等离子体、超短X射线激光的重要工具。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)。CPA/OPCPA技术打开了一个新的物理学领域，诸如ICF快点火，高能物理，高强度X射线辐照源，粒子加速，产生X射线激光，产生激光高次谐波，产生中子，天体物理等，给科学家们带来了未曾预料到的一些新奇物理现象，还可以使人们在实验室中对天体物理现象以及惯性约束核聚变反应进行实验室模拟。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、交叉偏振波(XPW)、光参量放大(OPA)、等离子体镜等，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。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

为了解决现有的提高超短脉冲信噪比的方法提升量级少、转换效率低、装置调试复杂、稳定性低的技术问题，本发明一种提升超短脉冲激光信噪比的装置及方法，本发明具有原理简单、结构紧凑、高效稳定、调试简单等优点。

本发明的技术解决方案是：

一种提升超短脉冲激光信噪比的装置，其特殊之处在于：包括沿激光光束传输方向依次设置的起偏器、第一四分之一波片、第一透镜、非线性玻璃、第二透镜、第二四分之一波片以及检偏器，

所述起偏器和检偏器的透光轴方向互相垂直，所述第一四分之一波片和第二四分之一波片的快轴方向垂直，所述非线性玻璃设置在第一透镜和第二透镜的焦点重合处。

上述非线性玻璃为掺Bi₂O₃的非线性玻璃。

上述第一四分之一波片和第二四分之一波片均为消色差四分之一波片。

上述提升信噪比装置的提升超短脉冲激光信噪比方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1]激光光束通过起偏器形成竖直线偏振光，入射到第一四分之一波片且竖直线偏振光与第一四分之一波片的快轴夹角为12°-14°；

2]竖直线偏振光通过第一四分之一波片输出椭圆偏振光；

3]椭圆偏振光经过第一透镜聚焦到非线性玻璃发生强度旋转输出混合在一起的旋转后的非线性椭圆偏振光和未发生旋转的椭圆偏振光；